Методы системного расчетно-аналитического и стендового диагностирования легковых автомобилей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.113.004

МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО И СТЕНДОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ Н.Я. Говорущенко, профессор, д.т.н., Ю.В. Горбик, инженер, ХНАДУ

Аннотация. Разработана принципиально новая энергетическая модель диагностирования расхода топлива, позволяющая просто и доступно оценивать общее состояние машин и их отдельных агрегатов по замеру и анализу частных и общих КПД агрегатов.

Ключевые слова: автомобиль, диагностика, индикаторный расход топлива, КПД, условия работы.

МЕТОДИ СИСТЕМНОГО РОЗРАХУНКОВО-АНАЛІТИЧНОГО Й СТЕНДОВОГО ДІАГНОСТУВАННЯ ЛЕГКОВИХ АВТОМОБІЛІВ М.Я. Говорущенко, професор, д.т.н., Ю.В. Горбік, інженер, ХНАДУ

Анотація. Розроблено принципово нову енергетичну модель діагностування витрати палива, що дозволяє просто й доступно оцінювати загальний стан машин, а також окремих агрегатів за виміром й аналізом окремих і загальних ККД агрегатів.

Ключові слова: автомобіль, діагностика, індикаторна витрата палива, ККД, умови роботи.

МЕТHОDS OF SYSТЕМ CALCULATION-ANALYTICAL AND STAND DIAGNOSTICATING OF PASSENGER VEHICLES М. Govoruschenko, professor, dr. eng. sc., Yu. Gorbik, engineer, KhNAHU

Abstract. The new power model for fuel expense diagnosticating is developed on the principle that allows to estimate the general state of vehicles in a simple and accessible way as well as particular units for measuring and analysis ofprivate and general coefficiency of machines.

Key words: vehicle, diagnostics, indicated fuel consumption, performance, environment.

Введение

В транспортной системотехнике особое внимание уделяется построению математических моделей и количественным оценкам различных свойств и характеристик отдельных подсистем. Основным физическим объектом являются транспортные машины, работающие в специфических дорожных, транспортных, атмосферно-климатических и других условиях. Современные специалисты должны уметь грамотно планировать и решать проблемы использования транспортных машин, экономии топлива и снижения токсичности и повышения безопасности дорожного движения.

В этой статье мы предлагаем рассмотреть разработку принципиально новой энергетической модели диагностирования по расходу топлива ранее мало исследованную.

Цель и постановка задачи

При создании новых видов транспортных машин широко используются экспериментальные и инженерные расчетные методы. Экспериментальные исследования очень дорогие, пробеги автомобилей при дорожных испытаниях достигают 10.. .15 тыс. км, точность испытаний колеблется в пределах ±15.10 %. Длительные исследования в заданных условиях работы практически невоз-

можны. По этим причинам расчетные методы исследований, базирующиеся на достоверной теории и верных теоретических моделях, имеют ряд преимуществ, т.к. в них отсутствуют случайные факторы, нестабильность дорожно-транспортных условий, влияние профессиональных качеств водителей и др. Поэтому в настоящее время на автомобильном транспорте необходимо основное внимание уделять не экспериментальным исследованиям в дорожных условиях, а простым расчетным методам и испытанию автомобилей на специальных стендах в лабораторных условиях. Диагностирование технического состояния автомобилей следует выполнять на стендах с беговыми барабанами при скоростях ~35 км/ч, при которых не нужно учитывать потери топлива на преодоление сопротивления воздуха. Общая оценка технического состояния автомобиля должна выполняться по экспериментально-расчетным данным расхода топлива. Индивидуальная оценка технического состояния агрегатов должна оцениваться по частным КПД и индикаторному расходу топлива.

^ 100-М а -Кд 100-М а -Кд

ҐЛ __ _________а д ____ _______________а д_________

Ни -Рт * Па Ни -Рт -Пг -Пм -Пт -Пп

где Ма - масса автомобиля в кг; Кд - коэффициент качества дорожно-транспортных условий работы в м/с2; Нн - низшая теплота сгорания в кДж/л; Па - общий КПД автомобиля.

н„й -

йпгЬ, / Н

ВЫПУСК- ОХЛАЖДЕНИЕ-33% • 35% 1 2 3 4

Кд

1 Л е

1 Л п 1 N

< 68% „ < 3 2% —>

Рис. 1. Схема топливо-энергетического баланса бензинового автомобиля: 1 - механические и насосные потери в двигателе -10 %; 2 - потери в трансмиссии -3,0 %; 3 - потери в подвеске -10,5 %; 4 - затраты на транспортную работу -8,5 %

Уравнение индикаторного расхода топлива запишется таким образом:

Расчетные модели диагностирования автомобилей

Схематически изменение топливо-энергети-ческого баланса автомобиля представлено на рис. 1. Из рисунка видно, что из 100 % энергии топлива примерно 33 % затрачивается на выпуск и 35 % - на охлаждение. Индикаторный расход составляет ~32 %. Из 32 % оставшегося топлива около 10% затрачивается на насосные и механические потери в двигателе. На эффективную мощность расходуется около 22,0 % топлива, на транспортную полезную работу (преодоление уклонов, сопротивления воздуха и разгон-торможение) затрачивается 8,5 %. Общий КПД автомобиля в средних условиях работы равен примерно

0,062.0,065. В общем виде

Па =П -Пм -Пт -Пп =

N N N N

Н - 2 N не N

N 100 - Рд 100 - Ма - Кд

д __________________д _________________а_______д_

(1)

Из исходного выражения можно получить уравнение общего расхода топлива (л/100 км), которое можно записать так:

100 - Ма - Кд

_______________а______д

Н и -Рт -Пм -Пт -П

(3)

На качество дорожно-транспортного движения оказывает величина профиля дороги (/), количество перекрестков и поворотов, плотность и интенсивность движения, разгоны и торможения. Значительное влияние на качество движения автомобиля оказывают профессиональные качества водителя.

Выполненные экспериментальные исследования [1] по замеру «шума ускорения» (Кд) на дорогах США показывают, что на дорогах с низкой интенсивностью движения и высокими средними скоростями Кд ~ 0,1 м/с2, на

р. -і /-ч±0,01 / 2

магистральных дорогах 0,12 м/с и на дорогах с плохим покрытием ~0,44 м/с2, на загородных дорогах - 0,24. 0,40 м/с2.

В работе [2] приведена окончательная формула для вычисления Кд (м/с2) при движении автомобиля в разных дорожных условиях

К

3,14 0,077 - к¥ -V2 „

•+—------------— + 8-У

\

V

М

(4)

/

п

Из приведенной зависимости следует, что Кд снижается при изменении уклонов дороги (/),

при снижении скоростей и увеличении массы автомобиля.

ления Ре. Механические потери в двигателе определяются по формуле [3]

С учетом высказанных выше замечаний нами для расчетных исследований Кд принят постоянным и равным 0,13, который соответствует принятым в проведенных расчетах режиму движения с постоянной скоростью.

Рассмотрим алгоритм расчета частных КПД на примере автомобиля ГАЗ-31029. В самом общем виде выражение для расчета расхода топлива можно записать так [2]:

^ 7,95-К-і0-4 Ре

Q = —-------- 0 к или

Ни -Рт -Гк Пе

7,95-Уь-і0-ік Р ---------—0—- - — л/100 км.

Н и-Рт -Гк

Пі

(5)

(6)

При ік = 60/Ка последние формулы запишутся следующим образом:

Q =

7,95-2,44-3,9-60 Р^ = 0,449 Р_ 44000-0,74-0,31 -Ка ' це = Ка це

0 449 Р Р

, -^- = К- , л/100 км,

К п

Пі

где Кр - расчетный коэффициент для данного автомобиля.

В табл. 1 для каждой категории дорог приведены значения усилий Рк, подведенных к колесам. Зная эти усилия, можно определить среднее эффективное давление по формуле

Рм = К + Ъп^п)

(8)

где ап и Ьп - постоянные для данного двигателя коэффициенты; Жп - средняя скорость поршня в м/с.

Если известны ход поршня 8п и частота вращения коленвала п мин"1, тогда

РМ = (ап + Ьп -2^п'П/60) =

= (ап + 0,033 -bn-Sn-n), кПа.

(9)

Если принять для ГАЗ-31029 [2, 3] ап = 45 кПа, Ьп = 13 кПасм-1, ход поршня Бп = 0,092 м и п = 2500 мин-1, тогда при

РМ = (45 + 0,033-13-0,092-2500) =

(45 + 98,6) = 143,6 кПа.

При более высоких частотах вращения коленвала и \к = 1 [2]

Рм = 45 +1,31 -Ка.

(10)

КПД трансмиссии автомобиля самый высокий и изменяется в пределах - 0,8.0,95. КПД трансмиссии рассчитываем по формуле

Пт =

Р

(1,3-V +1,025-Рк)

(11)

КПД подвески также можно определить по расходу топлива по формуле

Р = 12,56-

К--і0 -ік -П

-Рк, кПа.

(7)

Пп =■

100-1600-0,13

Ни -Рт -П -Пм -Пт -0,

Т аблида 1 Расчетные данные для трех категорий дорог на примере автомобиля Г АЗ-31029

(12)

Ка, Рк, Ре, Р 1 м? Рі, Q, Пі Пм Пе Пт Пп Па

км/ч Н кПа кПа кПа л/100 км

60 367,68 186,19 143,6 329,79 7,6 0,325 0,564 0,183 0,808 0,568 0,084

35 412,67 111,84 143,6 255,44 10,1 0,324 0,438 0,142 0,881 0,506 0,063

26 512,7 98,92 143,6 242,52 13,3 0,315 0,406 0,128 0,917 0,410 0,048

г

к

Для определения КПД индикаторного надо определить среднее индикаторное давление Рг- кПа, которое складывается из среднего давления механических потерь на трение в двигателе Рп и среднего эффективного дав-

Расчет общего расхода топлива выполняется по формуле

РР Q = Кр- = Кр- -*■ л/100 км. (13)

Пі Пе

На рис. 2, используя данные табл. 1, построен график расчетно-аналитического диагностирования агрегатов автомобиля ГАЗ-31029.

ТУ СУ ЛУ

П т /

1 1 1

1 1 1

1 1 1 П П

1 1 1

1 1 ^ /)м

1 1 п'\

ь» 1 ггз US '¿¿Шиш.

1 1 Пе \

i 1)3 Х

25 30 Э5 40 45 50 55 Va.

Дс км/ч

Рис. 2. График расчетно-аналитического диагностирования агрегатов автомобилей: Пт - в трансмиссии; пп - в подвеске, п и Пе - в двигателе; п - общий КПД; штрихпунктирные линии - снижение Пе и па при снижении п до 0,26

Этот график позволяет достаточно объективно ставить диагноз по изменению КПД в отдельных агрегатах.

Выводы

На базе предложенной методики расчетноаналитического диагностировании агрегатов автомобилей можно создать принципиально новую и более совершенную методику диагностирования автомобилей.

Литература

1. Дрю Д. Теория транспортных потоков и

управление ими. - М.: Транспорт, 1972. - 424 с.

2. Говорущенко Н.Я., Туренко А.Н. Системо-

техника проектирования транспортных машин. - Х: ХНАДУ, 2004. - 205 с.

3. Двигатели внутреннего сгорания: Теория

поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983 - 372 с.

Рецензент: В.Г. Кухтов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 31 августа 2009 г.