Глава 16 принципы подбора двс д ля транспортного средства

Подбор двигателя представляет собой чрезвычайно сложную задачу, для решения которой до настоящего времени нет научно обоснованных рекомендаций.

Объясняется это большим разнообразием транспортных средств, широким диапазоном условий эксплуатации и специфичес­ких требований к конкретному транспортному средству.

Если ограничиться автомобильной техникой, то, подбирая двигатель, необходимо решить следующие вопросы: ф тип двига­теля, # его максимальная мощность, • частота вращения колен­чатого вала, • тип системы охлаждения, • эксплуатационно-тех­нические показатели: экономичность, токсичность, виброакустичес­кие характеристики, пусковые качества, обеспечение условий зимней эксплуатации и надежность.

Рекомендуя двигатель на транспортное средство, конструктор л значительной мере задает его свойства (топливную экономич­ность, динамические качества, надежность и др.), а также предоп­ределяет известную эксплуатационную инфраструктуру и, главное, определяет исходные данные для проектирования и организации перевозочного процесса, т. е. того самого процесса, во имя которо­го созданы двигатель, транспортное средство и вся инфраструктура.

Обеспечение перевозочного процесса (или другой функции, на­пример у дорожно-строительных машин, сельскохозяйственной тех­ники) в городе, регионе, в стране в целом возможно вполне опреде­ленным парком машин, каждая из которых будет укомплектована обоснованно выбранным двигателем внутреннего сгорания.

Установленный двигатель на транспортном средстве и сфор­мированный парк машин будут определять воздействие на окружа­ющую среду. Другими словами, выбор типа двигателя для назем­ной мобильной машины — это не только задача техническая или экономическая, но и экологическая.

Представление о структуре парка машин в нашей стране на начало 90-х годов дает рис. 16.1, а. Отметим, что находящиеся в эксплуатации автомобили выбрасывают ежегодно 20...27 млн.

308

40

12,7

V

It. УАЗ, ЕрАЗ

17. ГАЗ П 13. ГА) 53 Ш.ЗМ 15. КамАЗ 15 МАЗ,КреЗ

"Ш?

17. ПАЗ,КАВЗ 19-/ГАЗ 20ЛаАЗ

21К нарде

I 2 3 Ч 5 6 7 В 9 10 11 12 13 W 15 IS I7I8/S 202!,

-Ik* HU— И1-— »J

Мототрвкяорт Л&коНысАТС Грузовые АТС

а)

ASmSt/сы

Рис, 16.1. Структура парка АТС в бывшем СССР (на начало 70-х годов (в) и выбросы нормируемых вредных веществ автомобиль­ным транспортом в атмосферу (б)

т СО, 2...2,5 млн. т С.Д1,, 6...9 млн. т N0*, до 100 тыс. т соединений серы, до 100 тыс. т сажи, 13 тыс. т тяжелых металлов, 200... ...230 млн. т COj и 3,1¹10¹² МДж теплоты. Для сравнения в США: СО — 61 млн. т, CJH, — 6,4 млн. т, N0* — 6,6 млн. т, серы —

0. 4 млн. т.

Таким образом, оценка экологических качеств ПДВС дает воз­можность более обоснованно осуществлять выбор двигателя для транспортного средства.

В настоящее время выбор стал значительно шире и многообраз­нее, так как на внутреннем рынке появилось большое количество зарубежной техники.

Прн выборе типа двигателя следует руководствоваться практи­кой мирового автомобильного двигателестроения. Так, в общем автомобильном парке ФРГ удельный вес дизельных автомобилей во второй половине 80-х годов составлял примерно 16%. При этом

309

в парке грузовых автомобилей — 61%, в автобусном — 98%, в лег­ковом — 7%. В Японии 14% автомобильного парка используют дизели. Распределены они так: парк грузовых автомобилей — 28%, автобусов — 88%, легковых — около 4%.

В США дизелизация несколько отстает: доля дизельных автомо­билей в грузовом парке составляет 4%, в автобусном — 15%, в лег­ковом — 1%. Приведенное распределение сохранится, по-видимо- му, и в будущем, так как на легховых автомобилях будут приме­няться двигатели с искровым зажиганием, а на автобусах и грузо­вых — дизели.

Мощность двигателя ковкретного транспортного средства зависит от многих факторов: • режимов эксплуатации, • климати­ческих условий, ф заданной максимальной скорости движения,

• обеспечения необходимых приемистости и приспособляемости и др.

Превалирующим в эксплуатации является неустановившийся ре­жим работы двигателя, он составляет 93...97% в условиях интен­сивного городского движения, 90.. ,95% при движении по грунтовым дорогам, 30...35% всего времеии движения автомобиля на загород­ных магистралях. Используемая мощность двигателя составляет

13. .78% номинальной. Работа на неустановнвшихся режимах при­водит к росту расхода топлива на 5...7% и увеличивает износ двигателя в среднем в 1,2...2 раза.

Сказанное подтверждается исследованиями движения автомоби­ля ЗИЛ-130, проведенными на полигоне НАМИ ыа типизированном магистральном маршруте. На рис. 16.2 показано, как изменялась скорость движения, а следовательно, и мощность двигателя на отдельных участках движения. Очевидно, в городских условиях эксплуатации эти изменения режима движения еще более резкие.

Диапазон изменения климатических условий также очень широк. Так, в районе Москвы (умеренный климатический район) средняя суточная температура в течение года колеблется от +30 до — 30°С, в районе Салехарда (холодном) — от +30 до — 50°С, Якутске (очень холодном) — от + 30 до — 60°С. Естественно, что при эксп­луатации в данных диапазонах температур мощность двигателя будет меняться, влияя на тяговые качества транспортного средства.

Указанных примеров достаточно для подтверждения сложности задачи выбора мощности двигателя. Тем не менее решению ее

I/, км/ч

Рис. 16.2. Характеристики типизированного маршрута для маги­стральных условий эксплуатации

510

Таблица 16.1

Г рузовые

Автобусы

1Ш-3201

ЛАЗ-4202

ЛнАЗ-677М

11,80

9,90

9,40

* В знаменателе указана скорость автомобиля, при которой определяется расход топлива.

При использовании жидкостного охлаждения необходимо выпу­скать автомобили в двух видах исполнения: «северном» и «южном». Очевидно, что при эксплуатации в диапазоне температур + 30...—60°С (Якутия) размеры поверхности охлаждения радиато­ра, подача вентилятора и водяного насоса должны быть меньшими, чем при эксплуатации в диапазоне температур +45... + 10°С (Таш­кент).

Так, например, у автомобиля КамАЗ поверхность охлаждения радиатора будет примерно на 25% меньше, если производить рас­чет на (₀=3<гС (в настоящее время расчеты ведут на +45°С). На машинах «южного» исполнения не требуется устройства, облег­чающего запуск двигателя при низких температурах!

Эти обстоятельства позволят снизить затраты мощности на

312

систему охлаждения и затраты дефицитных материалов, что в к нечном итоге приведет к значительному экономическому эффект) д Эксплуатационно-технические показатели (топливная эконом чность). Данный показатель является чрезвычайно важным nj решении вопроса о двигателе для автомобиля. Если подходи к решению этого вопроса только с точки зрения экономичности,' следовало бы во всех случаях применять дизели, так как они экон мичнее двигателей с искровым зажиганием в среднем на 25...30? Но, как указывалось выше, применение дизелей пока ограниче| грузовым транспортом и автобусами в силу специфических требов ний к двигателям легковых автомобилей. Но независимо от тш необходимо использовать двигателе с такими параметрами, кот рые обеспечивали бы конкретному транспортному средству мин мапьный расход топлива при максимальной производительное! Оценочным показателем топливной экономичности является расх топлива [г/(кВт¹ ч)]

где G₁ — часовой расход топлива, кг/ч.

На уменьшение g_t направлены исследования в области соверше ствовання рабочих процессов двигателей, где к настоящему в реме) достигнуты значительные успехи.

Но данный показатель в значительной степени зависит от скор стного и нагрузочного режимов работы двигателя. По этой прнчи, он не может быть объективным показателем для сравнения и оце ки двигателей различных машин. Более правильно отражает экон ми чность расход топлива, отнесенный к совершенной работе, т. л/100 Т’км.

В соответствии с этим по ГОСТ 20306—85 топливная экономи ность оценивается следующими показателями: # контрольный ра ход топлива (КРТ); # расход топлива в магистральном ездовс цикле на дороге (РТМЦ); • расход топлива в городском ездовс цикле на дороге (РТГЦД); • расход топлива в городском цикле j стенде (РТГЦ).

Значения КРТ отечественных автомобилей приведены в таб

1. Как видно из этой таблицы, КРТ определяют при определе ной скорости движения, различной для разных видов автомобил ной техники. КРТ позволяет косвенно оценить техническое состо ние автомобиля н сравнить уровень топливной экономичности ан логов.

Остальные показатели экономичности используют для оцеш средних, расходов в типизированных характерных условиях движ ния.

К сожалению, при выборе двигателя нет полной информации г всем показателям, в лучшем случае имеются только данные по g_t i

л Вмбрацнонио-акустические качества. Оценивая двигатель с точки зрения данных показателей, необходимо иметь в виду, что они во многом определяются степенью уравновешенности двига­теля.

Как известно (см. гл. 2), в трехцилиндровом однорядном и в ше­стицилиндровом V-образном двигателе неуравновешен момент сил инерции второго порядка, в четырехцилиндровом однорядном дви­гателе неуравновешены силы инерции второго порядка (ХР_уп) и т. д.

Для ориентировочной оценки допустимого значения неуравнове­шенных сил и их моментов можно воспользоваться критерием Климова—Стечкина—Каца, представляющим собой безразмерные относительные величины, определяемые выражениями

где L, Н, В — длина, высота, ширина двигателя по основному массиву металла корпуса, м; D — диаметр цилиндра, м; т_т — мас­са двигателя, кг; са„ — угловая частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме, с'¹.

Опыт показывает, что если значения £<0,002 и ^0,002, то уравновешенность двигателя можно считать удовлетворительной, а двигатель — пригодным для установки на транспортное средство.

оксида углерода СО — не более 7,0; углеводородов СН — не более 2,4; окислов азота NO* — не более 13,5.

V+R¹

(16.4)

314

1. Автомобильные двигатели/ Под ред. М. С. Ховаха. М.: Ма­шиностроение, 1977. 591 с.

2. Двигатели внутреннего сгорания/ Под ред. В. В. Луканина. И.: Высшая школа, 1985. 311 с. .

3. Конструкция и расчет автотранспортных двигателей/ Под эед. проф. Ю. А. Степанова. М.: Машиностроение, 1964. 552 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа по­ршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1980. 288 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и ком­бинированных двигателей/ Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. VI.: Машиностроение, 1985. 456 с.

6. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет 1& прочность поршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. 4. С. Орлина, М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1984. 384 с.

7. Маслов Г. С. Расчеты колебаний валов: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. 151 с.