Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №6 (140) февраль 2017 г.

Дата публикации: 08.02.2017

Статья просмотрена: 51 раз

Библиографическое описание:

Литвинов П. В. Определение нагрузки для стендовых испытаний бензинового двигателя в условиях, приближенных к реальным // Молодой ученый. — 2017. — №6. — С. 55-61. — URL https://moluch.ru/archive/140/39377/ (дата обращения: 25.04.2018).



В статье рассмотрено использование методики расчёта разгона автомобиля и имитация данного разгона в условиях стендовых испытаний бензиновых двигателей. Рассмотрены возможные варианты нагрузки, произведён примерный расчёт, представлены данные для дальнейших исследований.

Ключевые слова: расчёт разгона, бензиновый двигатель, параметры, ARDC

При развитии современного двигателестроения большое внимание уделяется испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Перед конструктором стоит задача, заключающаяся в условиях испытания, приближенных к реальным. В работах [1] указано использование европейского цикла NEDC для испытаний. Однако, многие критикуют данный цикл за недостоверность, в частности разгон до 50 км/ч, согласно данной методике длится 26 секунд [2, 3]. Поэтому были рассмотрены различные методики определения расхода топлива. Среди них была выбрана методика, разработанная в РФ, получившая название ARDC (Autoreview Driving Cycle), представленная на рисунке 1.

Рис. 1. Методика определения расхода топлива ARDC

В данной методике учитываются не только быстрый разгон, но и движение в городском режиме, в том числе в пробках, образующих ряд разгона и старта на участках рисунка 1. Подробнее преимущества данной методики были описаны в работах [2, 3].

Основываясь на цикле ARDC, была составлена методика расчёта разгона автомобиля, имитируемого в условиях стендовых испытаний [4]. Расчёт проводился при помощи программы Microsoft Excel.

Исходные данные для расчёта следующие:

− тип транспортного средства: микроавтобус;

− максимальная мощность двигателя: Nemax = 90 кВт;

− коэффициент коррекции мощности двигателя: Kp = 0.9;

− угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности: ωn = 418,879 рад/с;

− максимальная угловая скорость двигателя: ωmax = 452,389 рад/с;

− минимальная угловая скорость двигателя: ωmin = 90,478 рад/с;

− среднестатистические коэффициенты, входящие в формулу для расчёта мощности двигателя: a = b = c = 1;

− суммарная сила тяжести транспортного средства: Ga = 34335 Н;

− КПД трансмиссии: ηm = 0,9;

− радиус качения колеса: rk = 0,3697 м;

− постоянные коэффициенты, входящие в формулу для определения коэффициента учёта вращающихся масс: σ1 = 1,04, σ2 = 0,05;

− передаточное число раздаточной коробки: iрк = 1;

− передаточное число главной передачи: i0 = 5,125;

− фактор обтекаемости: kF = 0,272 Н·с22;

− коэффициент сопротивления качению: f0 = 0,0125;

− уклон дороги: i = 0;

− число ступеней в коробке передач, на которых осуществляется разгон: m = 5;

− передаточные числа в коробке передач; ik1 = 4,05; ik2 = 2,34; ik3 = 1,395; ik4 = 1; ik5 = 0,849;

− время переключения: tп1 = tп2 = tп3 = tп4 = tп5 = 0,5 с.

Определение окружной силы на каждой передаче.

Угловую скорость двигателя выражаем через линейную скорость автомобиля:

(1)

Результаты расчёта угловой скорости сведены в таблицу 1

Таблица 1

Угловая скорость врад/с

ωe для i-той передачи

Значение

ωe1

389,88538

ωe2

360,4273735

ωe3

349,1640181

ωe4

327,3111832

ωe5

326,9261113

По формуле Р. С. Лейдермана, находим момент двигателя:

(2)

Результаты расчета момента двигателя сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Момент двигателя

Ме для i-той передачи*

Значение

Ме1

234,3176248

Ме2

201,4122276

Ме3

189,6835388

Ме4

168,2179705

Ме5

167,8546368

*Момент в Н∙м

Окружная сила на каждой передачи:

(3)

Результаты расчёта окружной силы сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Окружная сила двигателя

Pk для i-той передачи*

Значение

Pk1

11839,8693

Pk2

5880,152897

Pk3

3301,343995

Pk4

2098,743276

Pk5

1777,984462

*Окружная сила в Н

Определение сил сопротивления.

Из формул 2 и 3 выразим:

(4)

(5)

(6)

Силы суммарного дорожного сопротивления (Pψ) и сопротивления воздуха (Pw) выразим:

(7)

Обозначим:

(8)

(9)

(10)

Результаты расчётов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Выражение сил сопротивления

-Pψ-Pw для i-той передачи*

Значение

-Pψ-Pw

-452,988

-Pψ-Pw2

-490,118

-Pψ-Pw3

-590,081

-Pψ-Pw4

-704,325

-Pψ-Pw5

-810

*Силы сопротивления в Н

Определение ускорения.

Ускорение автомобиля при разгоне определяется по формуле:

(11)

где δ — коэффициент учёта вращающихся масс.

Учитывая преобразования в формулах (4) — (10) ускорения автомобиля будет равно:

(12)

Коэффициент учёта вращающих масс определяют по эмпирической формуле:

(13)

Значения коэффициента учёта вращающихся масс для каждой передачи приведены в таблице 5.

Таблица 5

Коэффициент учёта вращающихся масс

δ для i-той передачи

Значение

δ1

1,860125

δ2

1,31378

δ3

1,137301

δ4

1,09

δ5

1,07604

Обозначим:

(14)

(15)

(16)

(17)

Значения данных показателей сведены в таблицу 6.

Таблица 6

Значения показателей для выражения ускорения

Передача

A

B

C

1

-0,010199077

0,055820483

1,433432869

2

-0,002791919

0,026383642

1,133252011

3

-0,000690854

0,010831749

0,736927722

4

-0,000271828

0,005807633

0,519365571

5

-0,000172426

0,004240457

0,429471555

Учитывая формулы 15–17 ускорение будет равно:

(18)

Время разгона в интервалах изменения скорости ΔV определяется по формуле:

(19)

а путь:

(20)

Значения данных параметров сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Значения времени разгона ипути

Передача

t, с

S, м

1

1,95867654

34,27683944

2

3,047850752

53,33738816

3

4,698971518

82,23200157

4

7,302704309

127,7973254

5

7,975355077

139,5687139

В момент переключения передач происходит замедление вращения двигателя:

(21)

где δ’ = σ1 — коэффициент учёта вращающихся масс при переключении передач.

Падение скорости за время переключения для каждой передачи составит:

(22)

Путь, пройденный за это время, составит:

(23)

Среднее значение ΔSп при проверке должно быть приблизительно равно ΔSп`.

(24)

Таблица 8

Значения замедления вращения двигателя, атакже скорость ипуть, пройдённые за это время

Передача

jп, м/с2

ΔVп, км

ΔSп, м

1

-0,1243

0,22377685

3,456682

2

-0,13451

0,242118737

5,538742

3

-0,16194

0,291500739

9,007535

4

-0,1933

0,347937313

11,78139

5

-0,2223

0,400141143

13,8611

По формуле (2.18) произведём вычисление ускорение автомобиля, и результаты вычислений занесём в таблицу 9.

Таблица 9

Ускорение автомобиля

Ускорения для i-той передачи

Значение, м/с2

j1

3,54548

j2

2,27847

j3

1,47786

j4

0,95094

j5

0,87074

Одной из главных характеристик, позволяющих судить о затратах мощности автомобиля, потребной для преодоления сопротивлений при его движении является мощностной баланс. В данной работе мощностной баланс определяется для нахождения нужного крутящего момента, чтобы воспроизвести устройством нагрузку двигателя, имитирующую параметры автомобиля ГАЗ-32213–288 («Газель-Бизнес»).

Для наглядности методики расчёт будет производиться для третьего участка графика, изображённого на рисунке 2.

Рис. 2. График разгона автомобиля с выбранным участком для расчёта

Скорость автомобиля примем равной 57 км/ч, взяв за основу выделенный участок цикла ARDC на рисунке 3. Массу автомобиля примем равной 3500 кг, что соответствует параметрам ГАЗ-32213–288 («Газель-Бизнес») при полной загрузке.

Рис. 3. Методика ARDC с выбранным участком для расчёта

Определим мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления качению колёс:

(25)

Для определения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха, примем Cx = 0,025. Отсюда:

(26)

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления подъёму, рассчитывается по формуле:

(27)

поскольку на заданном участке подъёма не имеется, то мощность в данном случае будет равна нулю.

Мощность, затрачиваемая на преодоление инерции:

(28)

Мощностной баланс будет равен

(29)

Переведём лошадиные силы в киловатты:

(30)

Крутящий момент для данной мощности, рассчитанный по методикам, описанным в работах [5] будет равен 212,2.

Из этого следует, что частота вращения двигателя должна быть равна 2925 об/мин, что создаст нужную нагрузку на коленчатом валу двигателя.

Вывод. Расчёты показали, что применение данной методики при стендовых испытаниях позволит приблизить условия испытания двигателя к реальным. Методика ARDC, описанная в данной и предыдущих работах позволит точнее определять затрачиваемые ресурсы на испытания и проводить их в точности с принципами эксплуатации современных автомобилей.

Литература:

1. Салова Т. Ю., Боровиков А. В., Сивов А. А. Исследование показателей работы нейтрализаторов оксида азота бензинового двигателя 4Ч9,2/8,6 в условиях городского цикла // Технико-технологические проблемы сервиса. 2012. № 4(22). С. 6–9.

2. Ведрученко В. Р., Литвинов П. В. Анализ требований к нормативам выбросов вредных веществ // Архитектура, строительство, транспорт [Электронный ресурс]: материалы Международной научно-практической конференции. — Омск: СибАДИ, 2015. — С. 970–976 (дата обращения 17.01.2017).

3. Литвинов П. В. Анализ и применение методик определения расхода топлива / Пути совершенствования системы ремонта военных гусеничных и колесных машин. Материалы научно-практической конференции научного общества курсантов Омского автобронетанкового инженерного института и студентов вузов (военных кафедр) г. Омска // ОАБИИ. — Омск, 2015. — C. 99–104.

4. Расчёт параметров обгона: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Сост. С. А. Назарко; СибАДИ. — Омск, 1988. — 30 с.

  1. Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие / А. И. Колчин, В. П. Демидов. — 4-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2008. — 496 с.
Основные термины (генерируются автоматически): определения расхода топлива, разгона автомобиля, расчёта разгона автомобиля, условиях стендовых испытаний, Методика ARDC, автомобиля примем равной, Литвинов П, преодоление сопротивления, расхода топлива ardc, методики расчёта разгона, бензинового двигателя, участок цикла ardc, График разгона автомобиля, методика расчёта разгона, расчёта мощности двигателя, передаточное число, цикле ardc, название ardc, методики определения расхода, испытаний бензинового двигателя.

Ключевые слова

параметры, расчёт разгона, бензиновый двигатель, ARDC

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос