WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Целый ряд организаций в РФ вели и ведут работы в этом направлении. В НПО ИжМаш создан АТС с КЭУ на базе Иж-2126 «Орбита»: ДВС — ВАЗ-1111, электродвигатель постоянного тока ПТ-125-12, накопители — свинцово кислотные АКБ типа 6-СТ-55. В ООО «Русэлпром» создан на базе ЛиАЗ-5292, автобус с дизелем Cummins ISBe4, асинхронным мотор-генератором ТАГ 225-280, тяговым асинхронный двигателем ТAД 225-380 и буферным накопителем энергии на основе суперконденсаторов. В МГТУ «МАМИ» создан УАЗ-3153 с КЭУ: двигатель – УМЗ-4218.10, электродвигатель – обратимая асинхронная электромашина c короткозамкнутым ротором, ТАБ – аккумуляторные батареи кислотно-свинцовые "Оптима D 1000". ФГУП «НАМИ» и ЗАО «Инкар-М» построили автомобиль «Мишка» с КЭУ: двигатель от "Оки", два мотор-колеса, ДВС оснащен стартер-генератором мощностью 10 кВт. В МГТУ им. Н.Э. Баумана изготовлен УАЗ-2970 с КЭУ: двигатель ЗМЗ-5143, 2 вентильных электромотора мощностью 60 кВт, для привода передней и задней осей, синхронный генератор. В МГАУ им. В.П. Горячкина: Нива – двухцилиндровый двигатель (24 кВт), электродвигатель мощностью 25 кВт и источники питания - три суперконденсатора. ФГУП «НАМИ» создавал ЭМ на базе фургонов РАФ, УАЗ и на их базе модификации с КЭУ на базе ДВС. В этой области также работают, НПП «Квант», АОЗТ «ЭСМА», ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «НефАЗ», ФГУП «НИИАЭ», ОАО «ЗМЗ», ФГУП «НИИ-21», ОАО «КамАЗ», ОАО «УАЗ», ГТУ «МАДИ», и др. Анализ выполненных работ, а также зарубежный опыт подтверждают необходимость дальнейшего развития внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС.

Во второй главе исследованы основные структурные схемы АТС с КЭУ на базе ДВС, разработана математическая модель энергетического баланса АТС с КЭУ для различных схемных решений и технологических циклов движения внутригородских АТС.

Рассмотрены следующие основные схемные решения АТС с КЭУ на базе ДВС:

Последовательная схема – создаются предпосылки для оптимальной компоновки,

снижения удельного расхода топлива и токсичности ОГ за счет оптимизации режимов работы ДВС. Однако, в данной схеме необходимы, как минимум две электрические машины, что обусловливает увеличение массы оборудования, а также снижение КПД за счет двойного преобразования энергии от ДВС в электрическую и далее в механическую.

Параллельная схема – может быть использована одна электрическая машина, рассчитанная на преобразование только той части энергии ДВС, которая ранее была передана на ТАБ. В этом случае снижаются масса оборудования и потери энергии, однако возможность стабилизации скоростных режимов ДВС отсутствует, поскольку частота вращения ДВС напрямую связана со скоростью автомобиля.

Смешанная схема – обладает преимуществами первых двух схем, однако предполагает увеличение массы оборудования и усложнение конструкции.

Важнейшим условием создания эффективной КЭУ является оптимальный выбор структурной схемы и выявление ключевых свойств её компонентов с целью последующего их использования при формировании единого энергетического комплекса АТС. Режимы работы компонентов взаимосвязаны таким образом, что положительные свойства дополняют друг друга, а отрицательные взаимоисключаются.

При движении АТС с максимальной установившейся скоростью vymax возможны два энергетических состояния КЭУ на базе ДВС. Первое отличается равенством мощности, реализованной ДВС и подведенной к ведущим колесам (ВК) при vy max. Второе характеризуется наличием избыточной мощности Ре, которая не может быть реализована для целей тяги при движении со скоростью vymax, но может расходоваться на заряд ТАБ.

В энергетическом балансе КЭУ ДВС является главным источником энергии. Предлагается выбор режимов работы ДВС производить на основе бифункциональной многопараметровой характеристики работы энергетической установки, представляющей собой универсальную многопараметровую характеристику ДВС с нанесенными на нее кривыми постоянных мощностей и кривыми работы КЭУ при движении по циклу (Правило № 83 ЕЭК ООН) путем выбора режимов работы ДВС в зоне минимальных удельных расходов топлива и замещения неэффективных (пуско-разгонных и др.) режимов, на работу на электроприводе. При работе КЭУ на базе ДВС возникают следующие основные потоки энергии: от ДВС и ТАБ на ВК в режиме тяги, от ДВС к ТАБ при заряде и от ВК к ТАБ при рекуперативном торможении, таким образом в объекте исследования выделено две подсистемы: энергетический баланс автомобиля и энергетический баланс КЭУ.

  1. Затраты энергии на движение автомобиля:

2. Потоки энергии в КЭУ различных схемных решений (за время цикла tц:):

Последовательная схема Параллельная схема

Энергии, полученная от ДВС:

Энергия, отдаваемая ДВС в ТАБ:

Энергия, отдаваемая ДВС на ВК:

Энергия, которая должна быть получена от ТАБ и реализована на ВК:

Энергия, поступающая в ТАБ при заряде от ДВС:

Общие уравнения энергетического баланса:

Энергетический баланс АТС с КЭУ на базе ДВС определяют три процесса:

- расход энергии на движение АТС;

- отбор энергии ДВС на режим заряда ТАБ

- режим заряда ТАБ при рекуперативном торможении.

Оптимальный выбор схемы АТС с КЭУ на базе ДВС, основанный на анализе заданных условий эксплуатации и энергетических потоков, возникающих при работе КЭУ различных схемных решений, создает устойчивые предпосылки для получения высоких эксплуатационных показателей такого транспортного средства.

В третьей главе сформулированы задачи определения энергетических параметров и рассмотрена методика определения параметров внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС, представлены алгоритм работы КЭУ и бифункциональная многопараметровая характеристика работы энергетической установки в составе внутригородских АТС.

Уравнения энергетического баланса движения автомобиля с КЭУ, уравнения энергетического баланса КЭУ и общие уравнения энергетического баланса АТС с КЭУ на базе ДВС, позволяют определить энергетические параметры компонентов КЭУ. Скорость устанавливается в соответствии с параметрами цикла. Закон изменения ускорения устанавливается исходя из задаваемой водителем зависимости мощности от скорости. Зависимость может быть определена из условий движения автомобиля. Использование параметров технологического цикла позволяет установить зависимость и перейти к зависимости, а затем к характеристике тяги на колесе.

При вычислении величины устанавливается частота повторяемости каждого из перегонов различной длины, характеризуемых определенным значением коэффициента i. Из рассмотренной методики определения следует, что среднее эксплуатационное значение параметра (или любого другого энергетического параметра) характеризует его величину в условиях цикла со среднестатистическими показателями (длиной перегона, сопротивлением качению колес, величиной уклона). При определении энергетических параметров КЭУ учитывается фактор времени, так как мощность ДВС и ТАБ являются ограниченными, то значение энергии, которое может быть получено в период ездового цикла, находится в прямой зависимости от времени реализации их мощности. Кроме того, энергия ДВС в определенные периоды ездового цикла разделяется на два потока: на ВК и на заряд ТАБ. При этом фактор времени, определяющий начало и завершение процесса разделения энергии, не является стабильным и зависит как от энергетических свойств ДВС, так и от условий движения АТС. Фактор времени вводится в методику в процессе тяговых расчетов. Для учета условий движения использованы ряды распределения коэффициента общего сопротивления движению – случайной величины и длины перегона – случайной величины. Исследования проводились на основе алгоритма работы КЭУ на базе ДВС. На рисунке 2 представлена структурная схема алгоритма, который представляет собой поочередное или совместное воспроизведение энергетических потоков, возникающих при движении АТС с КЭУ на базе ДВС.

I – привод только от электромотора и ТАБ;

II – привод только от ДВС;

III – привод от ДВС и электромотора (разгон, подъем);

IV – рекуперация энергии (движение накатом или под гору);

V – остановка (всё выключено)

Рис.2. Структурная блок-схема алгоритма работы АТС с КЭУ на базе ДВС.

Исследования основаны на оценке мгновенных значений мощности, необходимой при движении АТС по циклу (Правило №83 ЕЭК ООН). (Рис.3).

Рис.3. Мгновенные значения мощности, необходимой при движении АТС по циклу.

- скорость движения по циклу (Правило №83 ЕЭК ООН);

- мгновенные значения мощности, реализуемой на ВК;

- движение с минимальными удельными расходами (260-270 г/кВтч);

На основе проведенных исследований автором предложена бифункциональная многопараметровая характеристика работы энергетической установки (рис.4.1. и 4.2.), представляющая собой универсальную многопараметровую характеристику ДВС ЗМЗ-4062.10 с наложенными на нее кривыми постоянных мощностей и графика движения АТС при движении по циклу (Правило №83 ЕЭК ООН).

Рис.4.1. Бифункциональная многопараметровая характеристика работы энергетической установки (городской цикл, номера участков соответствуют номерам на рис. 3.)

Очевидно, что данный двигатель работает в зонах минимальных удельных расходов топлива при движении с постоянными скоростями по высокоскоростному циклу и в завершающей стадии разгонов на 2-ой, 3-ей, и 4-ой передачах, разгон на 5-ой передаче

– не столь эффективен.

Таким образом, работа ДВС в составе КЭУ в более узких режимах и относительно небольшие мощности ДВС, требуемые для выполнения режимов движения по городскому циклу, позволяют использовать ДВС в составе КЭУ на режимах с минимальными удельными расходами топлива.

Для выполнения сформулированного выше условия необходимо выполнить ряд требований к ДВС, работающим в составе КЭУ:

– исключение неблагоприятных режимов работы ДВС и замещение их электроприводом;

– наличие в ДВС конструктивных элементов, позволяющих обеспечить устойчивую работу в зоне минимальных удельных расходов топлива.

Рис.4.2. Бифункциональная многопараметровая характеристика работы энергетической установки (высокоскоростной цикл, номера участков соответствуют номерам на рис. 3.)

Проведенные на основе представленной методики расчеты, показали, что применение КЭУ на базе ДВС на автомобиле ГАЗ-3302 полной массой 3,5т с двигателем ЗМЗ-4061.10 при движении по условному городскому циклу (Правило № 83 ЕЭК ООН) позволяет снизить расход топлива до 33%.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований. Представлены мобильный имитационный комплекс для изучения КЭУ на базе ДВС, оборудование используемое при испытаниях, материалы испытаний автомобиля-лаборатории с КЭУ на базе ДВС и исследованного ранее автомобиля TOYOTA «Prius», представлена оценка топливной экономичности и динамических свойств различных АТС с КЭУ, а также рассмотрены адекватность математической модели и методики расчета параметров внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС (по топливной экономичности). В заключительной части главы представлены рекомендации по применению КЭУ на базе ДВС для внутригородских АТС различного назначения и материалы по созданию унифицированной платформы для высокоманевренного экологически чистого городского автобуса и внутригородского транспортного средства коммунального назначения.

Для исследования процессов, происходящих при работе АТС с КЭУ на базе ДВС, в

ФГУП «НАМИ» создан мобильный имитационный комплекс (рис.5), позволяющий изучать АТС с КЭУ на базе ДВС с различными схемными решениями и технологическими

циклами движения транспорта.

1. Сменный блок накопителей энергии.

2. Тяговый электродвигатель (ТЭД).

3. 4-х ступенчатый редуктор, передающий момент от ТЭД к главной передаче.

4. Электронный многоканальный цифровой анализатор HP-34970A.

5. Электронное устройство, обеспечивающее изменение закона управления дроссельной заслонкой на базе контроллера «Бархан», разработанного в ФГУП «НАМИ».

6. Прибор контроля пути, времени и скорости «ONO SOKKI».

7. Система контроля уровня зарядки накопителей энергии, оборотов, напряжения, тока и температуры ТЭД. (НИИАЭ).

8. Электронный указатель скорости «ONO SOKKI». Рис.5. Мобильный имитационный комплекс.

Разработанная схема (электропривод передней оси и привод от ДВС задней оси) при создании комплекса была оригинальной, сейчас уже известны проекты, выполненные по аналогичному принципу.

Комплекс позволил имитировать работу АТС с КЭУ на базе ДВС с различными схемными решениями (без проведения масштабных изменений конструкции) и технологическими циклами движения транспорта.

Был разработан комплекс мероприятий и проведена дополнительная работа по модернизации ДВС, включающая:

- наличие электронно-управляемой дроссельной заслонки и контроллера, обеспечивающих автоматическое регулирование топливоподачей в независимости от положения педали акселератора;

- применение автономной системы охлаждения, обеспечивающей работу ДВС в диапазоне

заданных температур независимо от режимов работы, в том числе в режиме «Стоп-старт»

и в режимах работы с высокими нагрузками на малых частотах вращения ДВС, в том

числе при отсутствии воздушного напора;

- применение второй свечи для уменьшения угла опережения зажигания, повышения пределов детонационной стойкости и увеличения степени сжатия;

- выключение одного из двух впускных каналов для повышения скорости движения бензовоздушной смеси и обеспечения работы ДВС на обедненных смесях;

- изменение длины индивидуальных впускных каналов для увеличения крутящего момента в зоне малых и средних частот вращения ДВС.

Рис.6. Характеристика крутящего момента ДВС. Рис.7. Теплоотдача системы охлаждения.

Реализованные мероприятия позволили обеспечить работу ДВС в составе КЭУ при отсутствии механической связи между педалью акселератора и приводом дроссельной заслонки, увеличить крутящий момент на малых и средних оборотах (до 3500-4000мин-1) (Рис.6.), сформировать предпосылки для создания ДВС с увеличенной степенью сжатия и уменьшенным минимальным удельным расходом топлива и обеспечить стабильную работу ДВС (с автономной системой охлаждения) (Рис.7.) во всем диапазоне нагрузок и

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»