WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

частот вращения при перепаде температуры охлаждающей жидкости не более 2-30С.

Исследования автомобиля-лаборатории с КЭУ на базе ДВС проводились в дорожных условиях и на стенде с беговыми барабанами и сменными инерционными массами с используемым оборудованием фирм «АВЛ», «Пирбург и «Цольнер».

Динамометрический стенд с беговыми барабанами обеспечивает исследование автомобилей полной массой от 400 до 3500 кг. Измерение скорости производилось с погрешностью не более ± 1 км/ ч, измерение пути - с погрешностью не более ± 0,5%. Анализ ОГ проводился газоаналитической системой АМО-2000. Допускаемая погрешность показаний регистрирующих приборов составляла ±3% от максимального значения. Системы отбора проб постоянного объема обеспечивала хранение разбавленных ОГ без изменения концентрации вредных веществ в них более чем на ±2% от первоначальных значений в течение 20 минут. Погрешность измерения суммарного расхода разбавленных ОГ не превышала ± 2%. Температура в помещении находилась в пределах 20–25°С, а погрешность ее измерений не превышала ±1,5 °С. Атмосферное давление измерялось с погрешностью не более ± 0,1 кПа, а относительная влажность с погрешностью не более ± 5%.

Особое внимание при дорожных испытаниях обращалось на режим рекуперативного торможения, обеспечивающий плавное нарастание тормозной силы при отсутствии буксования колес, уменьшение износа элементов тормозной системы. Экономический эффект от применения рекуперативного торможения оценивался по данным экспериментальных исследований в 7-12%.

Важнейшим фактором при проведении исследований явилась возможность использования результатов испытаний, проведенных в ФГУП «НАМИ», первого в мире серийного автомобиля с КЭУ на базе ДВС, TOYOTA «Prius», показавшие что динамические качества соответствуют показателям, заявляемым для автомобилей данного класса (15,5 с до 100 км/ч), а максимальная скорость автомобиля составляет 140 км/ч.

Средний расход топлива составил 6.73 л/100 км, что не соответствует расчетным данным (3.5 л/100км), заявляемым фирмой – производителем. Данный факт объясняется тем что, во-первых, автомобиль имеет большую полную массу (1600 кг) и, во-вторых, производитель стремился создать максимально универсальный автомобиль, что повлекло за собой снижение показателей расхода топлива в определенных режимах движения.

В качестве основных тестов при испытаниях автомобиля-лаборатории с КЭУ на

базе ДВС, была принята имитация режимов движения автомобиля по циклу (Правилам №83 ЕЭК ООН) в дорожных условиях с использованием разработанного выше алгоритма.

Таблица 2. Испытания автомобиля-лаборатории в дорожных условиях.

Режимы движения автомобиля

Время

движения, с

Расход топлива, см3

Расход (возврат) электрической энергии, Вт

На ДВС с V - const: 32 км/ч

35 км/ч

50 км/ч

25,2

16,7

15,7

63,3

35,0

36,7

Возврат

Всего за фазу цикла.

Всего за весь цикл.

57,6

135,0

540

248,0

На электроприводе: Разгоны Торможения

Расход 443,0

Возврат 177,0

Движение АТС с КЭУ по циклу сопровождается перерасходом электрической энергии (Таблица 2), то есть в конце цикла уровень зарядки ТАБ был ниже, чем в начале, что предопределило при проведении экспериментальных исследований необходимость восстанавливать запас энергии за счет подзарядки ТАБ от внешней сети. В пересчете на жидкое топливо дополнительный расход за весь цикл составил менее 140 см3, таким образом, использование ДВС только на режимах движения с постоянными скоростями, с принудительным режимом рекуперации на наиболее эффективных режимах работы ДВС позволяет снизить расходы топлива до 40%. При этом основным резервом для возврата энергии в ТАБ является использование перспективных тяговых источников тока (ТИТ).

Из представленных (рис. 8) данных следует, что замещение неблагоприятных (пуско-разгонных и др.) режимов работы ДВС на электропривод позволяет снизить выбросы всех компонентов ОГ более чем: СН – на 80%, NOx – на 76%, СО - на 67%.

Рис.8. Замеры ОГ автомобиля-лаборатории с приводом от ДВС и от КЭУ на базе ДВС при движении по циклу (Правило №83 ЕЭК ООН).Для исследования динамических свойств различных сочетаний приводов в составе автомобиля-лаборатории с КЭУ на базе ДВС на динамометрической дороге автополигона

ФГУП «НАМИ» были проведены соответствующие контрольные испытания (Рис.9).

Рис.9. Динамические качества автомобиля-лаборатории.

Как видно, наилучшие динамические свойства при разгоне до 60 км/ч достигаются

суммированием энергопотоков ДВС и системы электропривода, в то время как при разгоне АТС до максимальных скоростей лучшим становится разгон на ДВС, что

объясняется ограничением максимальных оборотов тягового электродвигателя (максимальная скорость в режиме работы системы электропривода составляет 68 км/ч). Данный факт является подтверждением необходимости комбинирования энергопотоков ДВС и системы электропривода при движении, как с точки зрения топливной экономичности и уровня токсичности, так и с точки зрения динамических свойств АТС.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований автомобиля-лаборатории с КЭУ на базе ДВС, разработанного и изготовленного в ФГУП «НАМИ», и автомобиля TOYOTA «Prius» производства Япония, показывают, что время разгона до 60км/ч автомобиля-лаборатории ФГУП «НАМИ» составляет 9.8 с, TOYOTA «Prius» –7.8с, а расход топлива первого 9,4 л/100км, второго 6,73 л/100 км. Данные факты подтверждают, что расхождение экспериментальных данных и данных, полученных расчетным путем, в оценке топливной экономичности составляет 7 – 10 %.

Проведенный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований АТС с КЭУ позволили сформулировать рекомендации по применению комбинированных энергетических установок на базе ДВС для внутригородских АТС различного назначения:

– учитывая резко выраженную цикличность движения внутригородского пассажирского и

коммерческого транспорта (АТС полной массой до 3.5 т), обеспечить развитие различных

видов последовательной схемы и достичь максимальных результатов в повышении

экономичности и экологических характеристик: снижение суммарных выбросов ОГ до 40%, достижение требований экологических классов 4 и 5.

– развивать различные виды параллельных схем и обеспечить максимальную универсальность и экономичность таких АТС, в том числе снижение среднеэксплуатационных расходов топлива более чем на 25%, при минимально возможной стоимости и массогабаритных характеристиках КЭУ для АТС, предназначенных для преимущественного использования на внутригородских автомагистралях с выездом в пригородные зоны;

– развивать смешанные схемы, обеспечивающие выполнение стандартных требований к внутригородскому транспорту, а также специальных требований, например, движение с низким уровнем шума и возможность движения с неработающим ДВС в пределах ограниченного времени (в соответствии с требованиями, сформулированными при проектировании) для экологически чистых видов транспорта специального и коммунального назначения.

Проведенные исследования создали предпосылки для проведения работ по созданию унифицированной платформы для высокоманевренного экологически чистого городского автобуса и внутригородского транспортного средства коммунального назначения. В качестве основных технических решений при создании платформы выбраны последовательная схема КЭУ и электрические мотор-колеса., что позволило:

– создать полноприводную и полноуправляемую конструкцию;

– реализовать технологию свободного расположения органов управления;

– обеспечить выполнение специальных требований:

  • Возможность движения без выбросов ОГ;
  • Возможность управления оператором, расположенным вне АТС;
  • Обеспечение энергией внешних и навесных потребителей.

В пятой главе рассмотрены вопросы оценки экономичности и экологических характеристик различных видов внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС.

Проведенный на основании данных испытаний ФГУП «НАМИ» и «АСМ-Холдинг» сравнительный анализ характеристик автомобилей «ГАЗЕЛЬ» с различными энергетическими установками (Рис. 10) показал экономию топлива более 20% автомобиля с КЭУ на базе ДВС по сравнению с другими комбинациями, а при сравнении автомобилей с базовым двигателем ЗМЗ-4062.10 и с КЭУ на базе ДВС до 40 %, при этом динамические и скоростные свойства автомобилей удовлетворяют предъявляемым требованиям к данному классу автомобилей, а разница показателей колеблется в пределах 20 %.

Уровень экономичности и экологических характеристик оценивался на основе «Методики оценки эколого-экономической эффективности применения антитоксичных систем и устройств», разработанной в ФГУП «НАМИ».

Рис. 10. Сравнительные показатели автомобилей «ГАЗЕЛЬ» с различными энергетическими установками.

Основными критериями при оценке экономичности и экологических характеристик являются уровень вредных выбросов и затраты на топливо:, где

У – предотвращенный ущерб окружающей среде, руб.;

L – экономический эффект от уменьшения потребления топлива, руб.

Сравнительный анализ выбросов ОГ в атмосферу аналогичных автомобилей с ДВС 4062.10 и с КЭУ на базе модернизированного ДВС 4062.10 (Рис.8) позволил провести оценку предотвращенного ущерба от выброса токсичных веществ.

Предотвращенный ущерб от выброса токсичных веществ: У = 126175,68 руб/авт.год

Экономический эффект от уменьшения потребления топлива:, где

- цена нефтяного топлива руб./кг;

G и G - годовой расход нефтяного топлива, кг/год;

Индексы 1 и 2 относятся соответственно к силовой установке до и после применения КЭУ.

Экономический эффект от уменьшения потребления топлива при использовании КЭУ:

L = 136 000 руб./год

Общий экономический эффект от использования КЭУ: Э=262 175,68 руб. год/авт.

(Расчет проведен для автомобиля ГАЗ–332132, эксплуатируемому в качестве маршрутного такси с пробегом 100 тыс. км в год, без учета затрат на инфраструктуру и утилизацию ТАБ.

Предварительные расчеты затрат на переоборудование АТС полной массой 3.5 т

(ГАЗель) в АТС с КЭУ на базе ДВС показывают, что общая стоимость работ с учетом комплектующих, монтажных и пуско-наладочных работ составляет 300 тыс. руб.

Таким образом, окупаемость переоборудования стандартного автомобиля ГАЗ - 332132 в АТС с КЭУ на базе ДВС, наступает, при пробеге 100 тыс. км в год:

– без учета предотвращенного ущерба от выброса токсичных веществ через 2,2 года.

– с учетом предотвращенного ущерба от выброса токсичных веществ за срок 1.44 года эксплуатации.

Основные результаты и выводы по работе.

  1. Сформулированы рекомендации по разработке и применению внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС с различными схемными решениями и технологическими циклами движения, обеспечивающие снижение суммарных выбросов ОГ до 40-50% и расхода жидкого топлива на 25-40%:

– для АТС, используемых исключительно на внутригородских пассажирских перевозках с максимальной скоростью не более 70-75 км/ч, применять последовательную схему;

– для АТС с периодическим выездом в пригородные зоны, то есть с широким диапазоном скоростей движения использовать параллельную схему;

– для АТС специального и коммунального назначения, в том числе с необходимостью выполнения специальных требований, например, движение с неработающим ДВС в пределах ограниченного времени, применять смешанные схемные решения.

  1. Спроектирована и изготовлена унифицированная платформа для городского автобуса и внутригородского транспортного средства коммунального назначения, основанная на применении КЭУ на базе ДВС, выполненной по последовательной схеме и электрических мотор-колес, обеспечивающих:

– выполнение перспективных требований к выбросам ОГ (экологические классы 4,5);

– возможность, при необходимости, движения без выбросов ОГ;

– повышение безопасности движения за счет индивидуального привода ведущих колес;

– возможность реализации полноупрапвляемой схемы рулевого управления;

– возможность реализации схемы свободного расположения органов управления;

– реализацию других перспективных направлений развития внутригородских транспортных средств.

  1. Разработана математическая модель энергетического баланса и на ее основе методика расчета параметров внутригородских АТС с КЭУ на базе ДВС, а также предложена в качестве исследовательского инструмента бифункциональная многопараметровая характеристика работы энергетической установки, позволяющие на стадии проектирования определять характеристики основных компонентов, оценивать топливную экономичность и оптимизировать алгоритм работы АТС с КЭУ на базе ДВС с учетом режимов работы ДВС в зоне минимальных удельных расходов топлива;

4. Разработаны основные требования и комплекс практических мероприятий по модернизации серийно выпускаемых ДВС для работы в составе КЭУ, включающие:

– наличие электронно-управляемой дроссельной заслонки и контроллера, осуществляющих автоматическое регулирование двигателем в зоне минимальных удельных расходов топлива;

– применение автономной системы охлаждения, обеспечивающей работу ДВС независимо от уровня нагрузки при перепаде температуры охлаждающей жидкости не более 2-3оС;

– изменение длины индивидуальных впускных каналов, что позволило увеличить крутящий момент на малых и средних оборотах (до 3500-4000мин-1 на 5-8%);

5. Проведена оценка экономичности и экологических характеристик АТС с КЭУ на базе ДВС на примере автомобиля ГАЗ-332132 с КЭУ на базе ДВС (ЗМЗ-4061.10) подтвердившая точность проведенных расчетов (разница в оценке топливной экономичности составила 7-10%) и высокие показатели экономичности и экологических характеристик:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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