СЕКЦИЯ 1. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ

УДК 621.431 Ахмадниа Мохсен (Иран) Ahmadnia Mohsen (Iran)

аспирант инженерного факультета Postgraduate student of the Faculty of

Российского университета Engineering Peoples’ Friendship

Дружбы народов (РУДН), РФ University of Russia, Russian Federation

Афанасьева И.В. Afanasieva I.V.

аспирант инженерного факультета Postgraduate student of the Faculty of

Российского университета Engineering Peoples’ Friendship

Дружбы народов (РУДН), РФ University of Russia, Russian Federation

Гусаков C.B. Gusakov S.V.

докт. техн. наук, заведующий D. Sc., Head of the Department of

кафедрой теплотехники и тепловых Thermal Engineering and Heat Engines двигателей РУДН, РФ RUDN, Russian Federation

СРАВНЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДИЗЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ

COMPARED FOR FUEL ECONOMY UNDER OPERATING CONDITIONS TO GASOLINE AND DIESEL ENGINES FOR DIFFERENT TYPES OF VEHICLE

TRANSMISSION

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, расход топлива при эксплуатации, механическая трансмиссия, электромеханическая трансмиссия

Keywords: the internal combustion engine, the fuel consumption during operation, manual transmission, electromechanical transmission

В статье приводятся результаты расчетно-экспериментального исследования применения двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и дизеля на легковом автомобиле при различных типах трансмиссии: механической коробкой перемены передач и электромеханической. Сделаны выводы и рекомендации.

The article presents the results of computational and experimental study of the use of the internal combustion engine with spark ignition and diesel on the car for different types of transmission: mechanical transmissions and electromechanical transmissions. The conclusions and recommendations.

Совершенствование рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания имеет целью повышение коэффициента полезного действия, что впрямую определяет эксплуатационный расход топлива при удовлетворении норм по эмиссии вредных веществ с отработавшими газами. За более чем вековую историю совершенствования организации процесса сгорания топлива в ДВС, наименьшие показатели по удельному эффективному расходу топлива для двигателей с искровым зажиганием (ДсИЗ) и дизелей, практически достигли своего минимума. Однако в поле рабочих режимов двигателя по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала удельный эффективный расход топлива колеблется в весьма широких пределах. Так, сравнивая универсальные характеристики двух двигателей одинаковой рабочего объема iVh = 1,6 л, дизеля с наддувом мощностью 65 кВт при частоте вращения 4000 мин'1 и бензинового ДсИЗ, мощностью 66 кВт при 5500 мин'1, можно отметить, что минимальный удельный эффективный расход топлива, составляет для ДсИЗ ge min = 286 г/(кВт-ч), а для дизеля на 9,1% меньше gemin = 260 г/(кВтч). В тоже время, максимальный удельный расход топлива в поле рабочих режимов двигателей для ДсИЗ в 2...3 раза больше соответствующих расходов для дизеля, что объясняется большей эффективностью рабочего процесса на частичных режимах при качественном регулировании мощности в дизеле.

В процессе эксплуатации ДВС транспортного средства работает при различных сочетаниях нагрузка - частота вращения коленчатого вала и для оценки путевого расхода топлива требуются испытания транспортного средства на беговых барабанах при движении в соответствии с одним из стандартизированных ездовых циклов, например, европейским циклом NEDC.

Нами применен расчетно-экспериментальный метод [1J. Универсальная характеристика двигателя по удельному эффективному расходу топлива берется из экспериментальных данных, полученных при стендовых испытаниях ДВС. Внешняя скоростная характеристика двигателя аппроксимирована по известной зависимости Лейдермана. Режим работы двигателя (частота вращения коленчатого вала и нагрузка) в каждый момент времени вычисляется моделированием движения автомобиля в соответствии с циклом NEDC. Зная время ц работы, удельный расход топлива ge =f(Ne ц щ) и мощность Ne х в каждой /-ой точке расходной характеристики двигателя при выполнении цикла движения NEDC, можно рассчитать расход топлива за весь цикл движения

В качестве базовых характеристик выбраны значения циклового расхода топлива автомобилем весом 10000 Н, двигатель которого оснащен 5- ступенчатой механической коробкой перемены передач. Переключение на повышенную передачу производится при достижении частоты вращения коленчатого вала 70% от номинальной частоты вращения. Передаточное отношение главной передачи в бензиновом варианте автомобиля равно 4,214 в дизельном - 3,06, т.е. снижено пропорционально номинальной частоте вращения. Расход топлива за 1200 с выполнения цикла NEDC для автомобиля с ДсИЗ составил 883,9 г/цикл, для автомобиля с дизелем 473,2 г/цикл, т.е. на 46,4% меньше.

Электромеханическая трансмиссия состоит из последовательно включенных: генератора, выпрямителя-инвертора и электромотора, установленных вместо механической коробки перемены передач. Предполагалось, что двигатель с электромеханической трансмиссией работает на постоянной частоте вращения, соответствующей области минимальных удельных эффективных расходов топлива. Для бензинового ДсИЗ эта частота выбрана по экспериментальной универсальной характеристике равной 0,55-нНом, для дизеля - 0,45*нНОм.

Расход топлива при КПД электромеханической трансмиссии условно равном 100% при использовании бензинового ДсИЗ составил 790,5 г/цикл. Таким образом, применение трансмиссии такого типа целесообразно с бензиновым ДВС при ее КПД не ниже 790,5 / 883,9 • 100 = 89,4%.

Для дизеля минимальный расход топлива составил 317,3 г/цикл и КПД трансмиссии, при котором расход топлива будет соответствовать расходу при применении механической коробки перемены передач будет равен 317,3 / 473,2 • 100 = 67,%. Однако при низкой частоте вращения коленчатого вала 0,45-4000 = 1800 мин'1, выбранной для обеспечения минимизации путевого расхода топлива дизель развивает по внешней скоростной характеристике всего лишь 29,6 кВт (у ДсИЗ на частоте 0,55-5500 = 3025 мин'1, Ne = 45,3 кВт). Этой мощности не хватает для обеспечения заданной динамики разгона на загородном участке ездового цикла NEDC и совершаемая в цикле работа автомобиля падает с 5712 кДж до 5633 кДж (на 1,4%). Увеличение постоянной частоты работы дизеля в электромеханической трансмиссии приводит к повышению мощности и совершаемой работы, но при значительном росте величины путевого расхода топлива (см. табл.1), в силу того, что двигатель работает не в области минимального расхода топлива по универсальной характеристике.

Таблица 1 - Путевой расход топлива при различных параметрах трансмиссии

Частота вращения к/вала, мин-1

Энергия движения автомобиля в цикле, кДж

Расход топлива, г/цикл

Переменная (механика 5 ступ.)

5712

473,2

Постоянная 0,45-пНом = 1800 мин'1

5633 (- 1,4%)

317,3 (меньше на 32,9%)

Постоянная 0,50-пНОм = 2000 мин'1

5683 (- 0,51%)

464,9 (меньше на 1,8%)

Постоянная 0,55-пНом = 2200 мин'1

5701 (- 0,02%)

512,6 (больше на 8,3%)

Два режима 0,45 и 0,55-лНом

5702 (- 0,02%)

322,4 (меньше на 31,9%)

Вероятно, оптимальным выходом из данной ситуации является двухрежимное регулирование, алгоритм которого следующий. Если мощности двигателя достаточно для движения в текущей точке ездового цикла, то он работает на частоте, обеспечивающей минимальный удельный расход топлива (в нашем случае 0,45-иНом). Если требуется повышенная мощность, то двигатель соответственно увеличивает обороты, например до 0,55-нНОм. Как видно из последней строки таблицы в этом случае обеспечивается требуемая динамика и значительно сокращается путевой расход топлива.

Естественно, что с учетом реального КПД электромеханической трансмиссии г|эмт выигрыш по топливной экономичности будет меньше. Так при г|Эмт = 0,9 по сравнению с механической коробкой перемены передач (потерями в которой пренебрегаем) снижение путевого расхода топлива составит 28,7%, что говорит в пользу применения электромеханических трансмиссий на транспорте с дизельными силовыми установками.

Библиографический список

1. Гусаков С.В., Михрячев Д.В., Хассан Мурад Программное обеспечение для режи- мометрирования ДВС при моделировании движения транспортного средства в соответствии с ездовым циклом NEDC // Труды Международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2011». - М.: РУДН, 2011. - С. 185-190.

© Ахмадниа Мохсен, Гусаков С.В., 2014

УДК 621.3. Березовский Ю.С. Berezovskiy Y.S.

аспирант Института природных ре- aspirant of the Institute on Natural Re-

cypcoB Томского политехнического sources, Tomsk Polytechnic University,

университета, РФ Russian Federation

Гусев П.Ю. Gusev P.Y.

аспирант Института природных pe- aspirant of the Institute on Natural Re-

сурсов Томского политехнического sources, Tomsk Polytechnic University,

университета, РФ Russian Federation

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >