114 Прогнозирование эксплуатационных показателей

Прогнозирование эксплуатационных показателей газобаллонных
автомобилей в горных условиях
Кадыров С.М., Исомухамедов А.Б.
ТАДИ, Узбекистан
Движение автомобилей по горным и предгорным дорогам влечёт за собой работу двигателя с резко меняющейся нагрузкой как при значительном преобладании режимов с использованием максимального крутящего момента, так и режимов с использованием двигателя в качестве тормоза.
Падение плотности воздуха по мере увеличения высоты над уровнем моря отрицательно влияет на рабочий процесс двигателя и приводить к уменьшению мощности и ухудшению
экономичности. Кроме того, нарушается тепловой режим двигателя. Совместное действие
вышеуказанных факторов отражаются на развиваемом тяговом усилие автомобиля. Сохранение динамических качеств автомобиля в этих условиях достигается преимущественной работой двигателя на режимах с использованием области максимальных значений крутящего момента и близких к ним, повышением его скоростного режима и ездой на пониженных передачах. На каждом скоростном режиме эффективная мощность двигателя может изменятся от
нуля до максимального значения, которое может развить двигатель [1,2].
Для оценки весомости влияния различных факторов используем корреляционный анализ, то есть определим наиболее больше влияющие факторы. Если величина Y (Ne или GT)
связана с величиной Х (факторы) связана корреляционной зависимостью, то будет в пределах 0< r < 1. Чем больше Y зависить от Х, тем больше значение - r.
r 1
1
r
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2
0
1
2
3
4
5
6
7
0
Х
1
2
3
4
5
6
7
Х
факторы
факторы
a)
б)
Рис.1. Весомость факторов, влияющих на показатели (мошность (а) и на расход
топлива (б)) двигателей ГБА в предгорных и горных условиях:
Х1- барометрическое давление ОС; Х2- температура ОС; Х3-влажность ОС;
Х4- техническое состояние двигателя; Х5- система питания; Х6- дорожные условия;
Х7- свойство топлива.
Проведённый анализ показывает что, на мощностные и экономические показатели в
горных условиях наиболее больше влияет давление ОС (Х1), система питания (Х5), дорожные условия (Х6) и свойства топлива (Х7). В эксплуатационных условиях для улучшения показателей ДВС, можем управлять только следующими факторами- Х1 и Х5.
На основе проведенных экспериментальных исследований для современных газовых
автомобильных двигателей, в среднем можно принять падение эффективной мощности на
13-15%, увеличение удельного расхода топлива на 10-11% и уменьшение коэффициента избытка воздуха на 5-6% при повышение высоты над уровнем моря на каждые 1000м, для тех
же условий, соответственно можно принят в среднем уменьшение тягового усилия автомобиля на 15-16% и падение производительности, в зависимости от профиля дороги, на 1620%. Для улучшения показателей работы газовых двигателей необходимо улучшить рабочий
процесс газового двигателя, применением автоматических систем компенсации потери мощности.
114
Известно, что двигатели газобаллонных автомобилей работают в горных условиях в
широком диапазоне изменения нагрузки и частоты вращения, определяемом потребностями
выполняемой работы и внешним сопротивлением. Чтобы подобрать двигатель для этих условий или сравнить его с другими, приспособить двигатель к различным условиям работы и
для других целей используют его характеристики. Скоростные характеристики строятся по
последовательным точкам замеров, соответствующим условиям работы ДВС при разных
частотах вращения в пределах рабочего диапазона от минимального устойчивого режима до
номинального, при постоянстве органов регулирования подачи топлива.
Для прогнозирования изменения эффективных показателей двигателей газобаллонных
автомобилей, нами предложены зависимости. При помощи математического аппарата регрессионного анализа экспериментальных данных выполненных на компьютере, для двигателей с искровым зажиганием работающего на СПГ в высотных условиях предлагается следующая эмпирическая формула определения мощности, кВт:
−4
N xH = ( N eСПГ
max − 0,0065 ⋅ Н ) ⋅ ((1,8116 + 10 ⋅ Н ) ⋅ n − (0.3945 +
2
−5
3
−5
−6
,
(1)
8 ⋅ 10 ⋅ H ) ⋅ n − (0.3535 + 2 ⋅ 10 ⋅ H ) ⋅ n − (0.058 + 3 ⋅ 10 ⋅ H ))
СПГ
где: N e max - максимальная мощность двигателя при нормальных условиях, кВт;
n = nx nH - изменение частоты вращения; Н- высота над уровнем моря, м.
При применении систем автоматической компенсации потери мощности двигателя,
мощность определяется следующей формулой, кВт:
2
ком
−6
−6
N хН
= ( N eСПГ
max − 0,0014 ⋅ Н ) ⋅ ((1,813 + 10 ⋅ Н ) ⋅ n − (0,402 + 8 ⋅ 10 ⋅ H ) ⋅ n −
−6
3
−7
−(0,3541 − 1 ⋅ 10 ⋅ H ) ⋅ n − (0,058 + 9 ⋅ 10 ⋅ H ))
,
(2)
С помощью приведенных выше зависимостей можно прогнозировать изменение эффективных показателей двигателей (рис.2) и корректирующие коэффициенты норм и нормативов эксплуатации автомобилей. Коэффициенты имеют снижение эффективности тем значительнее, чем сильнее колебание и отличие этих условий от стандартных и чем хуже приспособленность автомобилей, методов и средств их эксплуатации к таким условиям.
В бензиновых двигателях изменение атмосферных условий сказываются на количестве поступающей в двигатель топливо-воздушной смеси, в дизелях она отражается на количестве поступающего воздуха. В газовых двигателях оно отражается в количественном и качественном составе смеси. Действительно, изменение в двигателях работающих на сжатом
природном газе (СПГ) является более значительным по сравнению с другими типами двигателей, что существенно влияет на динамику цикла и на рабочий процесс двигателя. Поэтому
для приведения эффективных показателей газового двигателя к любым атмосферным условиям должны учитываться особенности конкретного двигателя.
На основе проведенных экспериментальных исследований в горных условиях, для газовых двигателей получены зависимости для оценки коэффициентов приведения мощности и
удельного расхода топлива:
α
β
 p − ϕРц   To 
  
K Ne = 
(3)
 po   T 
,
α
β
 po   T 
  
K ge = 
 p − ϕР   T 
ц   o 

,
где: α = 0,56 и β = 1,74 и 1,56 для базовых двигателей на СПГ,
α = 0,36 и β = 1,12 и 1,24 для газовых двигателей с компенсацией.
115
(4)
Nе, 65
180
Ме,
Нм
кВт
150
Ме
55
120
45
Ne
35
GТ,
м3/час
- СПГ (без ком)
- СПГ (c ком)
- бензин
20
25
GT
15
6
v е,
10
0.4
м3/кВт*час
0.3
ge
0.2
0
-1
0 1000 2000 3000 4000 n, mин
Рисунок 2 – Влияние высоты над уровнем моря (2000 м) на скоростную
характеристику газового двигателя (ЗМЗ-4026.10) с применением мер компенсации
мощности и без нее
Таблица 1
Значение КNe и Кge для газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом
природном газе.
С применением автоматичеБазовый
ских систем компенсации
Высота над уровнем моря (Н), метр
КNe
Кge
КNe
Кge
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1
1,056
1,143
1,237
1,337
1,427
1,467
1
0,973
0,969
0,922
0,903
0,897
0,857
116
1
1,006
1,031
1,044
1,065
1,079
1,101
1
0,950
0,927
0,915
0,859
0,831
0,798
Анализ таблицы и рисунка 2 показывает, что при применении в газовых двигателях
автоматической системы компенсации потери мощности улучшает их мощностные показатели по сравнению с базовым двигателем приблизительно на 30-38%, но при этом удельный
расход топлива возрастает примерно на 12-18%.
Литература
1. Кадыров С.М. Повышение топливно-энергетических и ресурсных показателей дизелей
мобильных сельскохозяйственных машин в условиях высоких температур и запыленности
воздуха. Автореф. дис. док. тех. наук. - Л.: 1984. – 40 с.
2. Исомухамедов А.Б. Улучшение эксплуатационных показателей двигателей газобаллонных автомобилей в горных и предгорных условиях. Автореф. канд. тех. наук. – Ташкент:
2008 – 22 с.
117