Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. Для снижения техногенной нагрузки на окружающую среду от постоянно растущего парка автомобилей во всех высокоразвитых странах в законодательном порядке вводятся периодически ужесточающиеся нормы на эмиссии вредных веществ (СО, НС, NOx и РМ), выбрасываемых в атмосферу с выхлопными газами.
На территории Российской Федерации, начиная с 2006 г., периодически вводятся в действие Европейские экологические стандарты, регламентирующие нормы эмиссий вредных веществ, для вновь выпускаемых автомобилей.
При переходе к очередному стандарту снижение эмиссий автомобиля представляет собой сложную научно-техническую задачу, решение которой связано со снижением эксплуатационного расхода топлива при одновременном улучшении динамических качеств автомобиля за счет повышения энергетических показателей и надежности двигателя.
Одной из наиболее сложных и трудоемких задач является выбор типа агрегата наддува и согласование его расходно-напорных характеристик с гидравлической характеристикой двигателя. Начиная с норм Евро 3, для наддува дизелей наибольшее применение получили турбокомпрессоры с регулируемым сопловым аппаратом турбины.
Цель данной работы - разработка методики выбора типа и характеристик агрегатов наддува автомобильного ДВС, удовлетворяющего перспективным экологическим и экономическим требованиям.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
- разработать методику расчета внешней скоростной характеристики (ВСХ) для двигателей автомобилей экологического класса 4 (Евро 4) и выше;
- выбрать тип и характеристики агрегатов наддува в зависимости от уровня форсирования быстроходного автомобильного дизеля;
- разработать методику определения гидравлической характеристики двигателя (ГХД) и её согласования с расходно-напорными характеристиками (РНХ) регулируемого турбокомпрессора (ТКР) по четырем ключевым режимам работы дизеля по ВСХ;
- разработать методику формирования экспериментальной ВСХ, включающий построение предельно - допустимой и расчетной ВСХ по крутящему моменту;
- определить закон регулирования соплового аппарата турбины, обеспечивающий формирование расчетной ВСХ.
Научная новизна.
Разработана методика выбора типа и характеристик агрегатов наддува автомобильного ДВС, удовлетворяющего перспективным экологическим и экономическим требованиям.
Предложено уравнение для определения степени повышения давления жкі в одноступенчатой системе турбонаддува дизеля без промежуточного охлаждения надувочного воздуха с использованием РНХ компрессорной ступени.
Разработана методика определения и согласования ГХД с РНХ компрессорной ступени по четырем расчетным точкам (Gei, жкі).
Получен закон регулирования соплового аппарата турбины по ВСХ в виде кусочно-линейной функции, определяющей ход штока сервопривода от частоты вращения коленчатого вала.
Достоверность и обоснованность полученных научных результатов обусловливаются:
применением уравнений по теории автомобиля и теории рабочих процессов ДВС, законов газовой динамики для выполнения расчетов;
применением поверенных и аттестованных измерительных приборов, оборудования, действующих стандартов РФ, типовых методик и опыта проведения экспериментальных исследований двигателей с турбонаддувом;
- подтверждением результатов расчетов экспериментальными данными.
Практическая ценность работы.
Методики, изложенные в диссертации, рекомендуется использовать для разработки систем наддува дизельных, бензиновых и газовых двигателей, применяемых на автомобилях Евро 4 и выше.
Применение методики выбора типа и характеристик агрегатов наддува автомобильного ДВС позволяет значительно сократить затраты времени и средств при создании новых и модернизации серийно-выпускаемых автомобильных двигателей с наддувом.
Реализация результатов работы.
Материалы диссертации используются:
- при создании новых и модернизации серийных двигателей в ОАО «ЗМЗ»;
- на кафедре «Энергетические установки и тепловые двигатели» Ниже
городского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева
в лекционных курсах по специальности «ДВС», при выполнении курсовых и
дипломных проектов.
Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Энергетические установки и тепловые двигатели» в НГТУ им. Р.Е. Алексеева 14 октября 2010 г.
По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады: на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 17-19 мая 2005 г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана; на V международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», 19 мая 2006 г., Нижний Новгород, НГТУ; на международной конференции «Двигатель - 2007», посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана, 19-21 сентября 2007 г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана; на XI международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», посвященной 50-летию Владимирского государственного университета, 27-29 мая 2008 г., Владимир, ВлГУ; на международной научно-технической конференции «Авто НН 08 Автомобильный транспорт в XXI веке», посвященной 45-летию кафедры
«Автомобильный транспорт» НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 18-19 декабря 2008 г., Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева; на всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве», посвященной 75-летию факультета морской и авиационной техники НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 17-20 ноября 2009 г., Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева; на XI международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», посвященной 50-летию Владимирского государственного университета, 27-29 мая 2008 г., Владимир, ВлГУ; на XII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», 29-30 июня 2010 г., Владимир, ВлГУ;
Публикации. По результатам исследования опубликовано 11 работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Общий объем работы 155 страниц, включая 147 страниц основного текста, содержащего 85 рисунков и 24 таблицы. Список литературы включает 67 наименований.
