ПОВЫШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРОДСКОГО МИКРОАВТОБУСА С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКОЙ И БУФЕРНЫМ ИСТОЧНИКОМ МОЩНОСТИ
Снижение уровня загрязнения воздушной среды – одна из важнейших проблем современных городов и промышленных центров, требующая неотложного решения. Наряду с этой задачей, другим важным аспектом является проблема ограничения мировых запасов нефти и природного газа, потребление которых возрастает с каждым годом и непосредственно связано с непрерывным ростом цен на углеводородное топливо.
В настоящее время автомобильный транспорт является главным потребителем основных нефтепродуктов, на долю которого приходится около 90% бензина и 50% дизельного топлива. Проблема усугубляется тем, что, несмотря на повышение цен на углеводородное топливо, потребность в автомобильных поездках и перевозках продолжает увеличиваться - таковы закономерности экономического и социального развития общества. Тенденции роста энергопотребления автомобильным транспортом таковы, что, по данным различных исследований, при сохранении такого темпа к концу XXI века автомобильный транспорт будет потреблять в 20 раз больше энергоресурсов, чем на сегодняшний день. Учитывая тот факт, что в настоящее время на проведение транспортной работы затрачивается до 35% всех энергозатрат общественного производства, очевидно, что это может привести к энергетической катастрофе.
Коэффициент полезного действия (КПД) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в среднем составляет около 30%, а в условиях интенсивного городского движения данный показатель еще меньше. Низкий КПД и отсутствие перспектив его повышения, невозможность сбережения энергии, выделяемой транспортным средством (ТС) при торможении, делает традиционное применение двигателей внутреннего сгорания малоперспективным. Однако при всех недостатках традиционного ДВС найти ему полноценную замену до сих пор не представляется возможным. Таким образом, повышение топливной экономичности и экологической безопасности автотранспортного комплекса, основу которого составляют ТС с двигателями внутреннего сгорания, является актуальной и первоочередной задачей на сегодняшний день.
Цель и основные задачи исследования
Целью настоящей работы является повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности городского микроавтобуса.
В рамках поставленной цели настоящей диссертационной работы решаются следующие задачи:
- Разработка методики расчета и выбора основных параметров комбинированной энергетической установки (КЭУ) городского микроавтобуса, позволяющая определить энергетические параметры КЭУ для различных условий движения.
- Разработка универсальной математической модели для тягово-энергетического расчета автомобиля с КЭУ при его движении в условном цикле, имитирующем разгон, движение с постоянной скоростью, торможение и стоянку.
- Разработка оптимизированного алгоритма функционирования агрегатов КЭУ, направленного на повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ и буферным источником мощности (БИМ).
- Проведение экспериментальных исследований отдельных энергетических узлов КЭУ и микроавтобуса в целом с помощью мобильного измерительно-вычислительного комплекса «-LAB» (МИВК) для автоматизированных пусконаладочных и тягово-энергетических испытаний.
- Оценка топливных показателей городского микроавтобуса с КЭУ и величины предотвращенного экологического ущерба в случае его эксплуатации.
Разработана методика расчета основных параметров комбинированной энергетической установки городского микроавтобуса, позволяющая определить параметры КЭУ для различных условий движения. Установлено, что условиям эксплуатации микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ в режиме городского и загородного движения удовлетворяет тяговый электродвигатель-генератор с номинальной мощностью 50 кВт.
2. С применением языка программирования C++ разработана математическая модель, позволяющая определить зависимость технико-экономических показателей комбинированной энергетической установки от цикла движения и наоборот.
3. Проведенные расчетные исследования с использованием разработанной математической модели позволили определить оптимизированный алгоритм функционирования агрегатов КЭУ, направленный на повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности объекта исследования – микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ и БИМ.
4. В ходе расчетных исследований микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ в условиях городского цикла движения получен расход топлива 13,8 л/100км, что на 25…30 % ниже расхода топлива традиционного варианта данного транспортного средства. Последний факт свидетельствует об эффективности принятых решений по оптимизации алгоритма работы и характеристик КЭУ.
5. Моделирование движения микроавтобуса с КЭУ по европейскому городскому циклу позволило определить процентное отношение рекуперированной энергии к потребляемой ТЭД, которое составило 22,4 %. Последние данные подтверждаются результатами проведенных экспериментальных исследований, в ходе которых получено значение аналогичного параметра на уровне 21,1%.
6. С применением «Мобильного измерительно-вычисли-тельного комплекса «-LAB» (МИВК) для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний электротранспорта» проведена оценка результатов расчетных исследований, при этом расхождение с данными экспериментальных исследований не превысило 5 %.
7. Разработанная методика анализа результатов испытаний, полученных с помощью МИВК, позволяет корректировать характеристики компонентов КЭУ и алгоритма их работы с целью оптимизации в реальных условиях движения.
8. На основе анализа результатов испытаний, полученных с помощью МИВК, проведена корректировка энергетических компонентов микроавтобуса. При этом совместное применение КЭУ и БИМ обеспечило экономию топлива при движении по реальному городскому маршруту около 3,8 л/100км или 24,5 % в сравнении с нормами Министерства транспорта России.
9. Дана расчетная оценка предотвращенного экологического ущерба в случае эксплуатации предложенной модификации микроавтобуса «Газель», при этом установлено, что рассматриваемый образец ГАЗ-322132 с КЭУ в 3,8 раза экологически безопаснее традиционного варианта.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
