автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему: Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода

Автореферат диссертации по теме "Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода"

На правах рукописи

Отрадное Александр Владимирович

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В РЕЖИМЕ ХОЛОСТОГО ХОДА

Специальность 05 20 03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА») на кафедре «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»

доктор технических наук, профессор У ханов Александр Петрович

доктор технических наук, профессор Власов Павел Андреевич

кандидат технических наук, профессор Проскурин Анатолий Иванович

ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»

Защита состоится 17 января 2008 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220 053 02 при ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу 440014, г Пенза, ул Ботаническая, 30, ауд 1246

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА»

Автореферат разослан «17» декабря 2007 г

диссертационного совета — Кухарев О.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы Улучшение топливной экономичности и снижение экологических показателей дизелей на эксплуатационных режимах работы автомобиля -основные задачи, стоящие перед двигателестроением В наибольшей степени это относится к безнагрузочному режиму, каковым является режим холостого хода (РХХ) Продолжительность работы дизелей на холостом ходу при остановках и стоянках автомобилей в зависимости от назначения и вида выполняемой работы составляет до 30% общего времени, на что непроизводительно расходуется до 15% суммарного расхода топлива. В частности, у автомобиля МАЭ-53366 с дизелем ЯМЭ-238 (84 13/14) на РХХ за рабочую смену расходуется 2,9-6,7 л топлива.

Кроме того, РХХ из-за малых цикловых подач характеризуется ухудшенным протеканием рабочего процесса, интенсивным нагаро- и смолоотложением на деталях двигателя, повышенной скоростью закоксовывания распылителей форсунок, высоким расходом моторного масла на угар и значительным содержанием вредных веществ в отработавших газах В особенности перечисленные негативные последствия резко проявляются на пониженных частотах вращения коленчатого вала (к в)

Это обусловлено тем, что при разработке дизеля индивидуальные характеристики отдельных систем (топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения, газораспределения и др ) удаемся согласовать лишь на каком-то одном режиме - чащ" номинальном На холостом ходу при остановках и стоянках машин эта согласованность нарушается, что приводит к ухудшению эксплуатационных показателей автомобилей

В связи с этим исследования, направленные на улучшение эксплуатационных показателей автомобилей с -х назначения в режиме холостого хода, являются актуальными и практически значимыми для аграрного производства

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на 2006-2010 гг по теме № 29 «Энергоресурсосбережение при эксплуатации автотракторной техники» (Раздел I «Улучшение эксплуатационных показателей тракторов, автомобилей и комбайновых двигателей на режиме холостого хода»)

Цель исследований - улучшение эксплуатационных показателей автомобилей сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода

Объект исследований - процесс работы дизеля 84 13/14 (ЯМЭ-238) в составе автомобиля МАЭ-53366 на экспериментальном режиме холостого хода. Предмет исследований - эксплуатационные показатели автомобиля Научную новизну работы представляют

• расчетно-теоретическое обоснование показателей рабочего процесса дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода,

• система автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода,

• показатели рабочего процесса дизеля и эксплуатационные показатели автомобиля при работе в типовом и экспериментальном режимах холостого хода.

Научная новизна конструкторской разработки подтверждена патентом РФ на изобретение № 2296236 «Система автоматического управления работой дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях»

Практическая значимость работы. Использование системы автоматического управления на двигателе ЯМЭ-238 в составе автомобиля MA3-53366 при работе на экспериментальном РХХ, по сравнению с работой дизеля на типовом РХХ, при одинаковой минимально-устойчивой частоте вращения к в 600 мин'1, позволяет снизить часовой расход топлива на 31%, содержание оксида углерода в отработавших газах на 12 %, путевой расход топлива при этом составил на типовом РХХ - 39,37 л/100 км, на экспериментальном РХХ - 38,96 л/100 км, транспортный расход топлива соответственно 4,54 л/100 т км и 4,49 л/100 т км, а удельные энергозатраты 4,45 л/100 т км и 4,41 л/100 т км

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями дизеля в составе автомобиля при работе в типовом и экспериментальном РХХ с использованием протарированной тензометрической и осциллографической аппаратуры, контрольно-измерительных приборов и разработанной системы автЬматическо-го управления В работе применялись основные положения теории ДВС и автоматизации процессов с обработкой опытных данных на ПЭВМ, а также высокой степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований (погрешность 5-10%)

Реализация результатов исследований. Конструктивный вариант системы автоматического управления дизелем в режиме холостого хода прошел производственную проверку на автомобиле МАЗ в муниципальном предприятии «Комбинат Благоустройства» г Пензы

Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2004 - 2007 гг), 15-й региональной конференции вузов Поволжья и Предурапья ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА.» (2004 г), 16-й региональной конференции вузов Поволжья и Предуралья (ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», 2005 г), 18 и 20-ом Межгосударственном научно-техническом семинаре ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н И. Вавилова» (2005 - 2007 гг)

Опытно-конструкторский вариант системы автоматического управления дизеля в режиме холостого хода экспонировался на IV Ярмарке бизнес-ангелов и инновато-ров Приволжского Федерального Округа (г Саранск, 2006 г ) и на VI Всероссийской выставке «НТТМ-2006» (г Москва - ВВЦ, 2006 г )

Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в т ч 1 статья в издании, указанном в «Перечне ВАК» Получен патент на изобретение Две статьи опубликованы без соавторов Общий объем публикаций составляет 2,38 п л, из них 1,0 п л принадлежит автору

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы из 153 наименований и приложения Работа изложена на 193 с , содержит 91 рис и 13 табл

Научные положения и результаты исследовании, выносимые на защиту:

• система автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода,

• результаты исследований дизеля в составе автомобиля при работе в типовом и экспериментальном режимах холостого хода

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, изложены научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» приводится анализ режимов работы автомобилей с.-х назначения, особенностей протекания рабочего процесса дизелей и изменения основных эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода, обзор способов улучшения эксплуатационных показателей дизелей в режиме холостого хода и средств для их воспроизведения, показана перспективность использования экспериментального РХХ, базирующегося на периодически повторяющихся тактах полного отключения подачи топлива (такт выбега) и тактов включения топлива (такт разгона) К достоинствам предлагаемого экспериментального РХХ относятся универсальность по отношению к различным типам дизелей, компактность, простота в изготовлении и невысокая стоимость системы для его воспроизведения на автомобиле

Существенный вклад в разработку способов и устройств для улучшения работы дизелей в РХХ внесли А В Николаенко (ЛСХИ-СПбГАУ), ВМ Архангельский, Б С Стечкин (МАДИ-ГТУ), N.A Gershenfeld (General Motors), В В Геращенко (ММИ), С В Тимохин, А П Уханов, Д А Уханов, С Н Егоров, (ПГСХА) и другие исследователи В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1 Выполнить расчетно-теоретическое обоснование показателей рабочего процесса дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода.

2 Разработать алгоритмы функционирования и конструктивные варианты исполнения системы автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода.

3 Провести исследования дизеля при работе в типовом и экспериментальном режимах холостого хода и определить эксплуатационные показатели автомобиля

4 Оценить экономическую эффективность от использования на автомобиле системы автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода

Во втором разделе «Расчетно - теоретическое обоснование показателей работы дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода» описан способ работы дизеля на экспериментальном РХХ и устройство для его осуществления, приведена методика расчета параметров топливоподачи, показателей рабочего цикла, характеристик тепловыделения и сажеобразования дизеля, а также методика определения эксплуатационных показателей автомобиля при работе на экспериментальном РХХ

Сущность способа заключается в переводе работы дизеля при остановках, стоянках и движении накатом автомобиля на пониженный скоростной режим (экспериментальный РХХ), заключающийся в создании периодически повторяющихся тактов выбега и разгона от некоторого верхнего значения частоты вращения к в (например, п„ = 800 мин') до нижнего значения (например, п„ = 400 мин"1) При этом средняя частота вращения к в на экспериментальном РХХ будет составлять n = (п. + тг„)/2 = 600 мин"1

Устройство (система автоматического управления - САУ), реализующее данный способ, состоит из электронного блока управления (ЭБУ), электромагнитного испол-

" Паспортное значение минимальной частоты вращения к в на типовом РХХ для дизеля ЯМЭ-238 М2 составляет 550 - 650 мин1

нительного механизма (ЭИМ) и датчика частоты вращения к в Функции датчика частоты вращения к в по величине изменения частоты фазного тока выполняет одна из фазных обмоток штатного генератора переменного тока автомобиля Такты выбега и разгона создаются соответственно выключением и включением подачи топлива при циклических перемещениях якоря электромагнитного исполнительного механизма, кинематически соединенного со скобой останова дизеля, по командным сигналам, поступающим от электронного блока управления Продолжительность тактов выбега и разгона зависит от типа и технического состояния дизеля, назначения автомобиля и условий его эксплуатации, величины цикловой подачи топлива при разгоне, интервала изменения частоты вращения к в от верхнего до нижнего значений

Так как такт разгона дизеля на экспериментальном РХХ осуществляется с постоянной цикловой подачей топлива (рейка ТНВД стоит на «упоре»), причем с завышенной по отношению к подаче на типовом РХХ, а в такте выбега подача топлива полностью отключается (цилиндры лучше очищаются от отработавших газов), то в первую очередь это влияет на величину коэффициентов избытка воздуха (а) и наполнения цилиндра свежим зарядом (т/„)

В связи с указанными особенностями экспериментального РХХ стандартная методика расчета параметров топливоподачи, показателей рабочего цикла дизеля, характеристик тепловыделения и сажеобразования требуют уточнения

Качественный состав топливовоздушной смеси, как известно, оценивается коэффициентом избытка воздуха (а ), который, в свою очередь, зависит от массовых расходов топлива (Ст) и воздуха (С„)

Ссз = С0 30 -п а 5ц ¿„-г-ЛГц Ст -60 где п — средняя частота вращения к в. за кинематический цикл экспериментального РХХ, мин \ г - количество цилиндров (г = 8), ■£„ - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎