Курсовая работа (т): Аналіз карбюраторного двигуна ВАЗ-2101

Якщо впускний клапан у момент впорскування закритий, паливо накопичується у просторі перед клапаном та надходить у циліндр при наступному його відкриті одночасно з повітрям.

Клапан додаткової подачі повітря (19) встановлений у повітряному каналі, виконаному паралельно дросельній заслінці, підводить до двигуна додаткове повітря при холодному пуску та прогріві двигуна, що приводить до збільшення частоти обертання колінчастого валу. Для прискорення прогріву використовується підвищені оберти холостого ходу (>1000об/хв).

Розділ 2. Загальна методика проведення досліджень впливу типу системи живлення двигуна на паливну економічність, енергетичні та екологічні показники автомобілів в умовах експлуатації

2.1    Розробка загальної методики проведення досліджень

Створення методики дослідження впливу типу системи живлення автомобільного двигуна на паливну економічність, енергетичні та екологічні показники автомобілів передбачає розробку загальних підходів та послідовності конкретних дій дослідження для досягнення поставленої в дисертаційній роботі мети, а саме підвищення паливної економічності та зниження шкідливих викидів автомобілів в умовах експлуатації.

При оцінці впливу типу системи живлення на показники двигунів в результаті заміни традиційної карбюраторної системи живлення електронною розподіленою системою впорскування бензину, перш за все при кількісній оцінці, необхідно мати на увазі можливість отримання неоднозначних результатів. Це пов'язано з тим, що через наявність допусків на розміри деталей у різних двигунів однієї і тієї ж моделі виходять неоднакові характеристики. Наприклад, при номінальному значенні ступеню стиснення ε = 10 фактичне її значення в різних циліндрах може (при випадковому несприятливому поєднанні розмірів деталей) коливатися від 9,6 до 10,4. Тому допустимі, за умовами відсутності детонації при роботі, кути випередження запалювання для різних двигунів при такій різниці значень ε матимуть неоднакову величину.

Похибка при експериментальних випробуваннях також залежить від завдання, яке виконує конкретна паливна система (досягнення максимальної потужності, паливної економічності або мінімальної токсичності) та рівня її досконалості. З цього виходить, що якщо порівнювати показники двигуна з карбюратором, налагодженим на максимальну паливну економічність і показники того ж двигуна з ЕРСВБ з мінімальним рівнем шкідливих викидів, то одержана при такому некоректному порівнянні інформація не відобразить всіх принципових переваг, якими володіє система впорскування бензину. Цим і пояснюється достатньо широка різниця даних, опублікованих в різних наукових роботах. Для оцінки впливу типу системи живлення слід віддати перевагу даним, одержаним при випробуваннях одного і того ж двигуна та автомобіля, що і передбачає запропонована методика.

Першим етапом методики (рис. 2.1) передбачено аналіз раніше проведених досліджень щодо впливу типу систем живлення бензинових двигунів на паливну економічність, енергетичні та екологічні показники автомобіля (блок 1). Результатом виконання цього етапу є узагальнені висновки проведених раніше досліджень, визначення питань, які підлягають дослідженню та формулювання задач дисертаційної роботи.

При виборі типу системи впорскування бензину для подальшої заміни карбюраторної системи живлення в умовах експлуатації (блок 2) враховувались відповідність вартості переобладнання та очікуваного поліпшення динамічних, паливо-економічних та екологічних властивостей автомобіля. Крім того, заміна карбюраторної системи живлення на систему впорскування повинна окупитись за відносно невеликий пробіг автомобіля та не повинна бути пов’язана з суттєвими конструктивними змінами двигуна і автомобіля. Блоком 3 методики передбачено отримання експериментальних порівняльних характеристик двигуна ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення та після заміни її ЕРСВБ при проведенні моторних стендових випробувань на гальмівному стенді. Цей двигун повинен використовуватись і при проведені випробувань на автомобілі.

За даними, отриманими під час моторних стендових досліджень, визначаються коефіцієнти поліноміальних залежностей, що описують енергетичні, паливо-економічні та екологічні показники бензинового двигуна і є необхідними для внесення їх в математичну модель, яка описує двигун як джерело енергії, шкідливих викидів та споживача палива та повітря (блок 4).

Рис. 2.1 Блок-схема методики визначення впливу типу системи живлення бензинового двигуна на експлуатаційні властивості автомобіля

Блоком 5 передбачається перевірка адекватності математичних залежностей показників роботи двигуна ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення та після заміни її ЕРСВБ з використанням критерію Фишера.

Визначити паливну економічність та кількісний склад шкідливих викидів у ВГ автомобіля в різних режимах роботи двигуна в умовах експлуатації важко, а випробування в умовах лабораторії потребує наявності складного та дорогого обладнання. Тому наступним кроком дисертаційного дослідження (блок 6) є вибір математичної моделі та вхідних даних для визначення витрати палива, енергетичних та екологічних показників бензинового двигуна на різних режимах роботи розрахунковим методом. Уточнення математичної моделі руху автомобіля за їздовим циклом полягає в введенні моделей двигуна ВАЗ-2101, як джерела енергії, шкідливих викидів, споживача палива та повітря з карбюраторною системою живлення та системою впорскування, які отримані в результаті обробки експериментальних даних, особливостей роботи вказаних систем, технічних характеристик автомобіля ВАЗ-2101. Крім того в математичну модель включена методика розрахунку терміну окупності заміни карбюраторної системи живлення системою впорскування.

Блоком 7 методики передбачено отримання експериментальних показників витрати палива автомобіля ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення двигуна та після заміни її ЕРСВБ при стендових випробуваннях на моделюючому роликовому стенді при умовному русі за режимами Європейського їздового циклу.

Блоком 8 передбачається перевірка адекватності математичних моделей руху автомобіля ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення та після заміни її ЕРСВБ шляхом порівняння експериментально отриманих та розрахункових витрат палива та ідентичності умов виконання режимів їздового циклу. З використанням експериментально отриманих залежностей на уточненій математичній моделі імітації руху автомобіля за режимами Європейського їздового циклу, визначаються очікувана паливна економічність та екологічні показники автомобіля ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення двигуна та після заміни її ЕРСВБ.

Блоком 9 передбачається визначення часу розгону та витрати палива автомобілем ВАЗ-2101 з карбюраторною системою живлення двигуна та системою впорскування на моделюючому роликовому стенді.

Для перевірки отриманих в стендових випробуваннях даних впливу типу системи живлення на його динамічні та паливо-економічні показники передбачається проведення дорожніх випробувань (блок 10).

В подальшому проведено порівняльний аналіз експериментальних та розрахункових досліджень впливу типу системи живлення бензинового двигуна на паливну економічність, енергетичні, динамічні та екологічні показники автомобіля в умовах експлуатації (блок 11).

Блоком 12 передбачено проведення обґрунтування доцільності заміни карбюраторної системи живлення ЕРСВБ та розробка рекомендацій щодо заміни карбюраторної системи живлення ЕРСВБ в умовах експлуатації.

2.2 Теоретичне обґрунтування впливу системи впорскування на роботу автомобільного бензинового двигуна

Процес утворення паливоповітряної суміші може бути розділений на два етапи. Перший етап пов'язаний з дозуванням бензину - встановленням кількісного співвідношення палива і повітря. Другий етап - отримання можливо найбільш однорідної (гомогенної) суміші.

Основний ефект в підвищенні паливної економічності при переході до системи впорскування бензину пов'язаний з більш точним дозуванням пального з урахуванням вихідних параметрів двигуна та навколишнього середовища, можливістю швидкого корегування складу ППС та її рівномірного розподілу між циліндрами. На потужність, економічні і екологічні показники двигунів впливає склад ППС, який оцінюється коефіцієнтом надлишку повітря а. На рис. 2.2 показані регулювальні характеристики карбюраторного двигуна ВАЗ-2101 за складом паливоповітряної суміші, які показують залежність вмісту токсичних компонентів СО, C_mH_n, NO_x у відпрацьованих газах, питомої витрати палива g_e, потужності N_e від складу ППС. Ці залежності, внаслідок ідентичності протікання процесів згорання, характерні і для двигунів з ЕРСВБ. У зв’язку з тим, що максимальним показникам потужності, паливної економічності та екологічності двигуна відповідають різні значення α, стає необхідним виконання експлуатаційних регулювань паливної системи відповідно завданню, яке виконує автомобіль.

Рис. 2.2 Регулювальні характеристики карбюраторного двигуна ВАЗ-2101 за складом паливоповітряної суміші

При проведенні експерименту з регулюванням ЕРСВБ двигуна на середні показники потужності, паливної економічності та екологічності, були отримані результати витрати палива, кількісний показник яких на різних режимах роботи на 6...8% менший, ніж при використанні стандартної карбюраторної системи живлення. За цими ж даними, максимальна потужність двигуна збільшується на 12%, а величина максимального крутного моменту на 11%. Відповідно до поліпшення енергетичних показників двигуна покращуються динамічні характеристики автомобіля.

Процеси гомогенізації суміші при впорскуванні бензину відрізняються від аналогічних процесів з використанням карбюратора і можуть бути представлені як сукупність ряду елементарних процесів:

-  розпилювання бензину;

-       руху і випаровування крапель;

-       утворення, руху і випаровування паливної плівки;

-       змішування парів бензину з повітрям (яке має місце як у впускному тракті, так і в циліндрах двигуна).

Гомогенізація ППС багато у чому залежить від конструктивних особливостей апаратури впорскування бензину і способів його подачі. Більшість систем електронного розподіленого впорскування бензину забезпечують подачу палива електромагнітними форсунками в зону впускних клапанів. При впорскуванні у впускний тракт форсунка може бути встановлена в головці блоку циліндрів (рис. 2.3а). В цьому випадку при впорскуванні бензину на такті впуску значна частина палива потрапляє прямо в камеру згорання, аналогічно тому, як при його безпосередньому впорскуванні у циліндри двигуна. При встановленні форсунки на впускному трубопроводі (рис. 2.3б) головка блоку може бути повністю уніфікована з головкою блоку базового карбюраторного двигуна, що значно здешевлює виробництво двигунів з ЕРСВБ.

Рис. 2.3 Схема розташування форсунки при впорскуванні бензину в зону впускного клапана: 1 - електромагнітна форсунка

За допомогою експериментальних досліджень підбирається місце розташування форсунок і форма факела палива, що розпилюється. Форсунку прагнуть розмістити ближче до зони впускного клапана так, щоб паливо не осідало на стінках впускного тракту у виді паливної плівки. Зменшення шляху від місця утворення ППС до циліндрів двигуна дозволяє зменшити площу паливної плівки, більш точно враховувати випаровування рідкої фракції бензину та вплив її на процес сумішоутворення.

Впорскування бензину можливо здійснювати на тарілку впускного клапана, або на стінки впускного каналу. Аналіз досліджень свідчить, що найбільш ефективною є подача палива на стінку впускного каналу на відстані 40-60мм від сідла впускного клапана, що у свою чергу забезпечує поєднання задовільного протікання процесів гомогенізації суміші як у впускному тракті, так і в циліндрі двигуна. У більшості сучасних систем впорскування переважним є встановлення паливних форсунок з конічним факелом розпилювання бензину, які при недостатньому випаровуванні бензину до його надходження в циліндр, забезпечують більшу рівномірність розподілу рідкої фази бензину.

Експериментальні дослідження довели, що ефективний тиск бензину при впорскуванні у впускний трубопровід знаходиться в межах 1,5-2 кгс/см², що само по собі спрощує конструкцію форсунок. Впорскування можливо здійснювати в період такту впуску при закритому впускному клапані, оскільки за результатами досліджень встановлено, що енергетичні показники двигунів мало залежать від самого моменту впорскування. Зміна в широких межах моменту впорскування практично не міняє і економічності двигуна (рис. 2.4). Цей факт не тільки полегшує проведення експлуатаційних регулювань паливної апаратури, але і дозволяє відпрацьовувати шляхи для подальшого спрощення конструкції елементів систем живлення.

При застосуванні розподіленої системи впорскування бензину розширюються можливості зміни конструктивних параметрів впускної системи і з'являються сприятливі умови для застосування газодинамічного наддуву, у тому числі і регульованого.

Рис. 2.4 Зміна економічності двигуна ГАЗ-21 залежно від зміни моменту впорскування бензину у впускний тракт

Безпосередньо впускний тракт сучасного двигуна є системою, що складається з багатьох різних елементів, які спричиняють складний вплив на характер несталого потоку повітря у впускній системі і, як наслідок, значно змінюють параметри коефіцієнту наповнення. Вплив технічних характеристик елементів впускної системи можна виразити наступними чинниками:

-  параметром гідравлічного опору елементів впускного трубопроводу (втрати на тертя, вхідний і вихідний опір, опір на розширення і звуження і т. і.);

-       характеристиками несталого характеру руху повітря по впускному трубопроводу (динамічний чинник).

Перший чинник завжди має місце і, як правило, негативно впливає на показники наповнення. Другий чинник, залежно від конструкції впускної системи і режиму роботи двигуна, може вплинути на коефіцієнт наповнення як негативно, так і позитивно. За рахунок оптимізації конструктивної схеми, форми і геометричних розмірів елементів впускного тракту можливо не тільки компенсувати втрати від гідравлічних опорів, але і підвищити коефіцієнт наповнення. Можливості в організації газодинамічного наддуву з карбюраторною системою живлення, внаслідок особливостей цієї системи сумішоутворення, обмежені. Характеристики впускних трубопроводів двигуна з ЕРСВБ відрізняються у кращий бік однаковістю довжини трубопроводів (відповідно однаковістю динамічних характеристик руху повітря) та наявністю так званого ресивера, зміна об'єму якого разом зі зміною діаметру та довжини впускного трубопроводу, дозволяє збільшити максимальну потужність або максимальний крутний момент двигуна в широкому діапазоні швидкісних режимів (рис. 2.5, 2.6).

Рис. 2.5 Вплив довжини впускних трубопроводів двигуна на коефіцієнт наповнення при постійному об'ємі ресивера