Введение к работе
Актуальность работы. Анализ развития новой техники в мире
показывает все большее внимание к максимально экономичному использованию и рекуперации не используемой в данный момент, но уже произведенной энергии. Поле режимов работы автомобильного двигателя имеет ряд областей, требующих большего наполнения цилиндров воздухом, когда обычный турбокомпрессор (ТКР) бессилен. Кроме того, есть ряд областей, где избыточная энергия отработавших газов (ОГ) путем перепуска стравливается вместо полезного использования. Анализ возможностей и целесообразности улучшения параметров ТКР доказывает возможность создания и эффективного использования агрегата наддува с обратимой электрической машиной (ОЭМ), позволяющего осуществить более качественный способ регулирования подачи воздуха.
Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является обеспечение современных технико-экономических характеристик двигателя с помощью агрегата наддува с ОЭМ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– выполнить анализ существующих систем турбонаддува (ТН), их преимуществ и недостатков;
– выполнить обзор и анализ российского и зарубежного опыта по созданию и использованию систем гибридного наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и агрегатов рекуперации энергии ОГ;
– разработать методику расчета параметров системы наддува
автомобильного двигателя с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ;
– спроектировать и изготовить образцы ТКР с ОЭМ;
– адаптировать стенд безмоторных испытаний ТКР для проведения их исследований в сочетании с ОЭМ;
– провести экспериментальные исследования по определению характеристик ТКР с ОЭМ на безмоторном стенде;
– провести на моторном стенде комплекс экспериментальных исследований по определению влияния на характеристики двигателя системы наддува, включающей ТКР с ОЭМ;
– апробировать разработанную методику расчета параметров системы наддува автомобильного двигателя для варианта с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ.
Объекты исследования. Автомобильный двигатель с ТКР с ОЭМ. Методика расчета параметров системы наддува автомобильного двигателя с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– разработана методика расчета параметров системы наддува
автомобильного двигателя с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ;
– разработана методика улучшения характеристик двигателя путем качественного управления воздухоподачей, что позволяет подать в цилиндры двигателя необходимое количество воздуха в нужный момент и, следовательно, регулировать во времени поток мощности на движитель;
– разработана методика регулирования ТКР путем рекуперации избыточной энергии ОГ при помощи агрегата наддува с ОЭМ.
Теоретическая и практическая значимость полученных результатов
состоит в том, что разработана и внедрена в практику методика расчета параметров системы наддува автомобильного двигателя с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ. Создана и зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности конструкция ТКР с ОЭМ.
Методология и методы исследования. Теоретические, основанные на применении теории турбомашин, компьютерной графики, математического моделирования тепловых и газодинамических процессов, на математических методах обработки результатов стендовых безмоторных испытаний.
Положения, выносимые на защиту:
– методика расчета параметров наддува автомобильного двигателя с применением в качестве агрегата наддува ТКР с ОЭМ, позволяющая оценить перспективы улучшения характеристик двигателя за счет подкрутки вала ротора ТКР, а также определить избыток мощности газа на турбине, который возможно рекуперировать;
– результаты разработки и изготовления гибридного агрегата наддува с описанием примененных технических решений;
– результаты безмоторных испытаний ТКР с ОЭМ на исследовательском стенде;
– результаты моторных испытаний системы наддува с ОЭМ на двигателе КАМАЗ-740.60-360.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в научно-производственном объединении «Турботехника» и используются при разработке и изготовлении ТКР с ОЭМ.
Достоверность результатов. Достоверность исследований подтверждается высокой степенью сходимости результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Апробация работы. Результаты доложены на двух научных конференциях в Московском политехническом университете, на научной конференции на Автополигоне НАМИ, на четырех международных научно-практических конференциях в г. Протвино и на заседании кафедры «Энергоустановки для транспорта и малой энергетики» Московского политехнического университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, и получено 5 патентов.
Личный вклад автора. Автором выполнен анализ публикаций по теме диссертационного исследования, разработана расчетная методика и методика испытаний. При непосредственном участии автора спроектирован ТКР с ОЭМ и проведены все его испытания. Материалы диссертации основаны на исследованиях автора в период с 2007 г. по 2017 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Общий объем работы – 117 страниц текста, 50 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 111 наименований.