Розробка спрощеного випробувального циклу для перевірки технічного стану бензинових двигунів легкових автомобілів в умовах експлуатації

m0 – маса автомобіля, кг; 

mв – маса вантажу, кг; 

Ui – передаткове число коробки передач; 

Ur – передаткове число роздавальної коробки передач; 

Pf   сила опору коченню автомобіля, Н; 

де f – коефіцієнт опору коченню, Н/кг; 

б — кут підйому (спуску) дороги, град; 

Pi   сила опору підйому, Н; 

Pw   сила опору повітря, Н; 

kF – фактор опору повітря, Н∙с2/м2; 

Va   швидкість автомобіля, м/с;

величина крутного моменту за неусталеного режиму роботи двигуна, Н•м;

величина крутного моменту за усталеного режиму роботи двигуна, Н•м;

 —коефіцієнт неусталеного режиму руху, отриманий дослідним шляхом;

  сумарний момент інерції коліс автомобіля, кг•м2;

Iд   момент інерції мас двигуна, що обертаються, кг•м2.

 

Усталені режими, які складають спрощений випробувальний цикл, характеризуються середніми значеннями показників роботи двигуна, що визначаються режимом його роботи та вагомістю P даного режиму.

Заміну кожного неусталеного режиму було здійснено “середньою точкою” режиму циклу, яку характеризують середні значення показників, що визначають режим роботи двигуна і яку можливо визначати двома рівноцінними способами:

  за розрідженням у впускному трубопроводі рк і частотою обертання колінчастого вала двигуна nд (цей спосіб прийнятний при складанні циклу для випробувань автомобілів);

  за крутним моментом Мк і частотою обертання nд (такий спосіб прийнятний при складанні циклу для випробувань двигунів).

Можливість заміни неусталених режимів усталеними доводилась порівнянням результатів розрахунків, отриманих за першим способом з результатами розрахунків, отриманими в Європейському їздовому циклі. Розбіжності розрахункових значень витрати палива склали 4,4%, масових викидів шкідливих речовин – не перевищили 9,5%. 

В даному дослідженні заміна режимів здійснювалась при умові, що робота, виконана двигуном на певному режимі, має дорівнювати роботі, виконаній тим же двигуном на заміненому усталеному режимі, тобто за другим способом. 

Кожна ділянка Європейського їздового циклу замінюється “середньою точкою”, яку характеризують середні значення   та  , які визначаються за наведеними нижче залежностями. Після заміни ділянки з однаковим математичним описанням, замінюються “середньою точкою” і об’єднуються в один режим з урахуванням його вагомості.Визначення середнього значення частоти обертання на певній ділянці режиму Європейського їздового циклу здійснюється за залежністю: 

 

де nд(t) – миттєве значення частоти обертання на і-х ділянках режиму, хв-1;  t i – тривалість i-ї ділянки режиму циклу, с; m – кількість ділянок режимів; загальна тривалість режиму, с

Середнє значення крутного моменту на заміненому усталеному режимі визначалось за залежністю:

 

де Mк(t) – миттєве значення крутного моменту на і-х ділянках режиму, Н•м.

Вагомість будь-якого режиму P визначає співвідношення:

 

де Т   загальна тривалість циклу (випробування), с.

Залежності (7) і (8) визначають середні значення частоти обертання   і крутного моменту  , за якими визначають роботу двигуна на кожному режимі.

Середнє значення витрати палива (г/с) на кожному окремому неусталеному режимі циклу визначалось за залежністю:

 

де Gп(t) – миттєве значення витрати палива на і-х ділянках режиму, г/с.

В спрощеному випробувальному циклі витрата палива на і-му режимі визначається (г):

 

де Gп – значення витрати палива в і-му режимі, що визначається з експериментальних характеристик двигуна за параметрами середньої точки, г/с.

Витрата повітря визначається аналогічно витраті палива.

Таким чином, витрати палива, повітря, концентрації шкідливих речовин, сумарні витрати палива та повітря і сумарні масові викиди шкідливих речовин для кожного неусталеного режиму за цикл можна визначати виходячи зі швидкості руху Va автомобіля і розрахованих для середньої точки частоти обертання  , крутного моменту   або розрідження у впускному трубопроводі   та експериментальних характеристик двигуна і автомобіля.

Четвертий розділ розкриває мету, методику, програму, об’єкти та результати експериментальних досліджень.

Мета експериментальних досліджень полягала у визначенні енергетичних, паливно-економічних та екологічних показників роботи бензинового двигуна в широкому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів та показників автомобіля з цим двигуном при русі за Європейським їздовим циклом, а також визначення технічного стану двигуна автомобіля за показниками його паливної економічності та викидів шкідливих речовин при випробуванні за спрощеним випробувальним циклом.

Програма експериментальних досліджень включала: визначення серії навантажувальних, швидкісних характеристик активного і примусового холостого ходу бензинового двигуна; визначення витрати палива, середньої швидкості руху, шляху, який умовно пройшов автомобіль під час руху за режимами Європейського їздового циклу на моделюючому роликовому стенді та тривалості випробування; визначення технічного стану двигуна автомобіля при випробуваннях за режимами розробленого спрощеного випробувального циклу; виявлення типових несправностей основних систем двигуна при дослідженнях за спрощеним випробувальним циклом.

Об’єктом стендових досліджень був серійний рядний чотирициліндровий, чотиритактний бензиновий карбюраторний двигун ВАЗ–2106 (серійний номер №4989102) з рідинним охолодженням. Двигун обладнано серійним карбюратором 2107 1107010 20 ДААЗ та штатною системою запалювання.

Об’єктом стендових досліджень за їздовим циклом був легковий автомобіль ВАЗ–2106 (державний номер 085–55ХМ) з бензиновим двигуном ВАЗ–2106, який було демонтовано з гальмівного стенда і для подальших випробувань встановлено на автомобіль ВАЗ–2106.

Методика проведення експериментальних досліджень. Швидкісні і навантажувальні характеристики двигуна ВАЗ–2106 визначались згідно ГОСТ 14846-81 “Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний”. 

Розраховувались – ефективна