Разработка расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Вохминов, Денис Евгеньевич

• Вохминов, Денис Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вохминов, Денис Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля.

1.1. Особенности экспериментальных и расчетных методов.

1.2. Краткий анализ современных расчетных методов.

1.3. Результаты анализа и выводы.

ГЛАВА 2. Выбор и обоснование математической модели для расчетных исследований автомобиля.

2.1. Взаимосвязь между ВВВ конструктивными параметрами автомобиля.

2.2. Силовой, тепловой и топливный балансы автомобиля.

2.3. Применение индикаторных показателей для моделирования движения автомобиля.

2.4. Основные преимущества индикаторных показателей перед эффективными при исследованиях и расчетах автомобиля.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. Выявление резервов повышения свойств на основе поэлементного анализа силового и топливного балансов зарубежных аналогов.

• 3.1. Объекты исследований и маршруты.

3.2. Результаты исследований.

3.3. Выявление резервов повышения технических эксплуатационных показателей автомобиля ВАЗ-11ПЗ за счет изменения передаточных чисел главной передачи.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. Выбор объективного критерия для оценки точности разработанной модели.

4.1. Анализ существующих способов используемых для проверки эффективности разработанных конструкций и адекватности математических моделей.

4.2. Оценка точности математической модели заложенной в МВКна основе результатов испытаний, полученных из независимых источников.

Ф 4.3. Объективные факторы, влияющие на расхождение экспериментальных и расчетных данных.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. Корректировка постоянных величин и коэффициентов для оригинальных объектов (внедорожные автосамосвалы) на основе экспериментальных исследований.

5.1. Объекты экспериментальных исследований и экспериментальные маршруты.

5.2. Проведение измерений расхода топлива на внедорожных автосамосвалах БелАЗ

5.3. Анализ результатов и выводы.

ГЛАВА 6. Практические приложения разработанных методов для регулирования ВВВ у АТС.

6.1. Методы регулирования выбросов вредных веществу автотранспортных средств.

6.2. Автомобильный экологический налог - АЭН.

6.3. Примеры использования разработанной системы для решения общенародных задач.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля»

Ухудшение экологической обстановки в стране и в мире, а также принципиальные недостатки существующей системы нормирования и контроля выбросов вредных веществ автотранспортными средств создают предпосылки для применения новых методов совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля. Наиболее оперативным и экономичным путем решения данных проблем является использования расчетного метода с привлечением современных вычислительных информационно-моделирующих систем. Поскольку выбросы вредных веществ тесно связаны с расходом топлива, использование разрабатываемого метода позволит одновременно способствовать решению двух важнейших вопросов современности: охране окружающей среды и сбережению энергоресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо применение индикаторных показателей для моделирования процесса движения автотранспортных средств (АТС). Обоснование замены эффективных показателей индикаторным при построении математической модели является основным акцентом данной работы.

Вторым важным аспектом предлагаемой работы является обоснование возможности применения компьютерных информационно-моделирующих систем для моделирования различных режимов движения автотранспортных средств.

В первой главе проведен анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля. Рассмотрены характерные особенности экспериментальных и расчетных методов. Приводятся доводы из отечественной и мировой практики в пользу того что, стоимость испытаний на топливную экономичность достаточно высока. Проведен анализ современных расчетных методов. Показывается, что существуют различные методики нормирования расхода топлива на автомобильном транспорте.

Оперативность и относительная дешевизна расчетных исследований, по сравнению с экспериментальными, служат причиной создания точных методов расчета, использование которых будет способствовать снижению сроков и стоимости работ, направленных на совершенствование топливно-экологических параметров автомобилей.

Во второй главе проведен выбор и обоснование выбранной математической модели для расчетных исследований автомобиля. Приводятся расчетные зависимости выбранной математической модели и, входящие в них, силовой, тепловой и топливный балансы автомобиля. В математической модели предложено использование нового индикаторного показателя gis. Рассмотрено преимущество данного индикаторного показателя перед аналогичным эффективным. Обосновано применение индикаторных показателей для моделирования движения автомобиля.

Указывается на применение предлагаемой математической модели в численном программном моделировании. Проиллюстрирована степень достоверности расчетных данных на основе сопоставления их с фактическими экспериментальными данными для конкретных моделей АТС.

В третьей главе показана возможность выявления резервов повышения свойств на основе поэлементного анализа силового и топливного балансов зарубежных аналогов, с помощью разработанного метода и его практической реализации при компьютерном программировании. Отмечается, что наиболее простым способом, с точки зрения внедрения в производство, является оптимизация передаточных чисел трансмиссии автомобиля. Объектами расчетных исследований были автомобиль BA3-11113 и его аналоги: Daewoo Matiz, Daihatsu Cuore, Fiat Seicento, Mercedes Smart. Их основные параметры, а также результаты стандартных испытаний объектов расчетных исследований после «тарировки» их параметров представлены в табличном виде.

Рассмотрены различные варианты моделирования движения: движение с постоянной скоростью 90 км/ч; движение на магистрали; движение по городскому маршруту. Проведена оценка результатов и показано за счет каких факторов существуют отличия у объектов исследования.

Выполнены расчетные исследования автомобиля BA3-11113 с различными передаточными числами главной передачи.

В четвертой главе проводится выбор объективного критерия для оценки точности разработанной модели. Для этого проведен анализ существующих способов используемых для проверки эффективности разработанных конструкций и адекватности математических моделей. Кратко рассмотрены мероприятия направленные на повышение топливной экономичности с результатами их экспериментальной проверки, разработанные различными авторами. Среди них улучшение рабочего процесса двигателя, снижение сопротивления движению, оптимизация параметров автомобиля и режимов его движения и др.

Произведена оценка точности предлагаемой математической модели на основе результатов испытаний полученных из независимых источников. В ходе исследований использовались экспериментальные данные, полученные по результатам трех видов испытаний: заводских, полигонных и выполненных сотрудниками автомобильных журналов. Проанализированы объективные факторы, влияющие на расхождение экспериментальных и расчетных данных. Данные всех испытаний представлены в табличном виде.

В пятой главе проведена корректировка постоянных величин и коэффициентов для оригинальных объектов на основе экспериментальных исследований. Данными объектами являлись внедорожные автосамосвалы полной массой от 45 до 300 т (БелАЗ-755 В, САТ-785 В, БелАЗ-75128, БелАЗ-75215, БелАЗ-7530). Приведено описание экс-плутационных испытаний объектов на Бачатском и Ерунаковском угольных разрезах.

Эксперименты проводились на ряде маршрутов и в стендовых условиях в процессе диагностики автомобилей. Результаты экспериментов и расчетов представлены в табличном виде. В графическом виде представлены маршруты для испытаний и режимы движения автомобилей, имитирующие нагружение в процессе диагностики.

В шестой главе приводятся варианты практические приложения разработанных методов для регулирования выбросов вредных веществ у АТС. Рассмотрены методы регулирования выбросов вредных веществ у автотранспортных средств. Среди них: нормирование, эмпирические методы; экономические методы и экономическая идеология.

Предложен один из вариантов государственного регулирования ВВВ — автомобильный экологический налог. Предложена методика его формирования и примерные значения (в топливном эквиваленте, размерностью г/км) для всех классов легковых АТС, грузовых автомобилей и автобусов при компьютерном моделировании режимов движения. Предложены варианты компьютерного моделирования типизированных маршрутов для формирования АЭНа, в соответствии с ездовыми циклами ЕЭК ООН.

Необходимо отметить, что АЭН в полной мере реализует принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения.

Приводятся примеры использования разработанной системы для решения общенародных задач. Среди них: научно-образовательная задача; экономическая и социальные задачи.

В приложениях дается описание программного пакета для комплексных исследований автомобиля, с помощью которого было поведено численно моделирование режимов движения, а также приводятся протоколы компьютерных испытаний автомобиля ВАЗ-11113 и его зарубежных аналогов.

Введение в практику расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля и основанных на них методах определения расхода топлива и метода госрегулирования выбросов вредных веществ, по мнению автора, позволит повысить социальную и научную роль России в мировом сообществе. В частности за счет того, что они имеют преимущества перед аналогичными системами, разработанными в Европе и США, и направлены на решение двух важнейших проблем современности: охране окружающей среды и сбережению энергоресурсов.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Вохминов, Денис Евгеньевич

выводы

1. На основе выполненных исследований установлено, что применег ние параметра ge (удельный эффективный расход топлива) не позволяет достигнуть необходимой точности моделирования движения автомобиля в широком диапазоне режимов (в т.ч.на уклонах и при остановках) в виду того, что главным фактором, определяющим численное значение ge, является не совершенство рабочего процесса двигателя, а удельный вес механических потерь двигателя в топливном балансе автомобиля.

2. Разработанный автором и примененный в работе удельный индикаторный расход топлива gis, в отличие от ge, имеет четко выраженный физический смысл и определяет степень совершенства двигателя как преобразователя энергии заключенной в топливе в механическую работу. Его численное значение изменяется в узком диапазоне (отклонение от среднего значения для дизельных двигателей автомобилей — 2-5%; для бензиновых двигателей — 10-13%). Их многопараметровая характеристика имеет сравнительно простой вид, что благоприятствует описанию их расчетными зависимостями.

3. Проведена сравнительная оценка результатов вычислительного эксперимента с результатами заводских и полигонных испытаний автомобилей массового производства, опубликованных в открытых источниках. Расхождение по сравниваемым характеристикам не превышает 5 %.

4. Результаты проведенных автором натурных испытаний внедорожных самосвалов полной массой от 45 до 300 т. совпали с результатами, полученными на расчетной модели с точностью до 8 %.

5. Разработана методика поэлементного анализа и синтеза силового и топливного балансов автомобиля, позволяющая с высокой точностью оценить степень совершенства каждого агрегата автомобиля. Оценка осуществляется путем сопоставления элементов силового, мощностного и топливного балансов исследуемого автомобиля с отечественными и зарубежно ными аналогами, а так же на основе синтеза этих элементов. Аргументировано обосновано определение параметров автомобиля, обеспечивающих ему рекордные показатели по топливной экономичности в своем классе. Например, на основе разработанной методики установлено что, величина путевого расхода (большая у автомобиля ВАЗ-11111 на 10% чем у автомобиля Mercedes Smart при движении на магистральном маршруте) топлива образована из следующих составляющих. Механические потери в двигателе, потери на привод вспомогательного оборудования и сопротивления качению шин обеспечивают преимущества автомобилю Mercedes Smart в 27% (20 % + 7 %). За счет аэродинамического сопротивления и потерь в трансмиссии - проигрыш в 12%(11%+1 %). Суммарное сопротивление движению у автомобиля Mercedes Smart на 15% меньше (27% - 12%), чем у автомобиля ВАЗ-11113.

6. Предложен новый принцип экономического регулирования выбросов вредных веществ АТС, реализуемый путем введения Автомобильного экологического налога (АЭН). Информационно-методической базой для АЭН является разработанная моделирующая система, позволяющая достоверно оценить количество вредных выбросов АТС — объектов налогообложения.

7. Введение АЭН позволит в полной мере реализовать принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Вохминов, Денис Евгеньевич, 2004 год

1. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. — М.: Издательство «За рулем», 1999. — 896 с.

2. Азаров Ю.В., Кузнецова Н.Я. Новое об относительной агрессивности углеводородов. //Автомобильная промышленность. 1999. -N3. С.14-16.

3. Архангельский В.М., Вихрет Н.М., Воинов А.Н. Автомобильные двигатели. / Под ред. Ховаха М.С. -М.: Машиностроение, 1977. — 591 е.: ил.

4. Аэродинамика автомобиля / Под ред. В.-Г.Гухо; пер. с нем. Н.А.Юниковой; Под ред. С.П. Загородникова. М.: Машиностроение, 1987. - 424 е.: ил.

5. Багдасаров A.M., Абдувалиев A.A. Оценка экологической безопасности АТС // Автомобильная промышленность. 2002. - N4.-C.37-38.

6. Безбородова Г.Б., Вельбовец А.Ф. Топливный баланс прицепного автопоезда. Автомобильная промышленность, N11, 1987.

7. B.C. Крупченков, Э.И. Наркевич, A.A. Токарев. Определение суммарной силы сопротивления движению автомобиля по пути выбега. -М.: НИИАвтопрома. №9, 1977.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: «Наука». 1969.

9. Влияние конструктивных и эксплутационных факторов на топливную экономичность грузовых автомобилей и автобусов фирмы Рено. Научно-исследовательский отдел фирмы Рено. -М.: 1987. 53 с.

10. Вохминов Д.Е., Коновалов В.В., Московкин В.В., Селифонов В.В., Серебряков В.В. Методика расчета тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля на стадии проектирования. Учебное пособие. -М.: МГАПИ, МГТУ «МАМИ». 2000.-42 с.

11. Вохминов Д.Е., Московкин В.В. Испытания на экране компьютера М.: Сборник трудов МГАПИ «Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении». Вып. 2,1998. с. 64-69.

12. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю., Московкин В.В. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов. — Минск: Наука и техника. 1984. 208 с.

13. Ган P.C., Проскуряков В.Б. Динамические качества автомобиля и мощность двигателя // Автомобильная промышленность. 2002. - N8.-C.14-16.

14. Головных И.М., Евтухов A.B. Модель токсичности выбросов дизелей на нестационарных режимах // Автомобильная промышленность. 2003. - N8.-C.9-l 1.

15. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году» (материалы с официального сервера Министерства природных ресурсов Российской Федерации. http:Wwww.mnr.gov.ru).

16. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. Минск. Высшая школа, 1986.

17. Гусаров А.П., Вайсблюм М.Е., Донченко В.В., Кунин Ю.И. Концепция управления экологической безопасностью АТС. // Автомобильная промышленность. 1999. — N3. С.12-14.

18. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: «Наука». 1970. - 432 с.

19. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1 .Теория рабочих процессов / Лука-нин В.Н., Морозов К.А., Хачиян A.C. и др.; Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995.

20. Диваков Н.В., Стрельников А.Н. Топливный баланс автомобиля. // Автомобильная промышленность. 1981. №8. С. 13-14.

21. Дизельные АТС более «зеленые», чем АТС с бензиновыми двигателями. По материалам фирмы «Лукас». // Автомобильная промышленность. - 1998. - N4. С. 1618.

22. Дмитриевский A.B., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. М.: Машиностроение, 1985. - 208 е., ил.

23. Евгафов Д.Н., Московкин В.В., Петрушов В.А. Распределение нормальной нагрузки по шинам сдвоенного колеса. М.: Труды НАМИ вып. 182.1981.

24. Еврецкий В.Т., Трегубов В.А. Материальные нормативы на автомобильном транспорте: Разработка и оценка использования. М.: Транспорт, 1986. —128 с.

25. Евсеев П.П. О нормировании расхода топлива автомобилем // Автомобильная промышленность. 2001. - N11.-С.20-22.

26. Евсеев П.П. Работа, производительность и КПД автомобиля с позиций физики, стандартизации и метрологии // Автомобильная промышленность. 2003. - N4.-C.7-10.28.