Научное обоснование и создание систем питания для обеспечения современных эксплуатационных показателей автомобилей с бензиновыми двигателями по топливной экономичности, токсичности и техническому обслуживанию тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, доктор технических наук в форме науч. докл. Ефремов, Борис Дмитриевич

• Ефремов, Борис Дмитриевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1997

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Ефремов, Борис Дмитриевич

6.1. Общие выводы

1. В результате выполненной работы научно обоснована стратегия поэтапного создания систем питания отечественных автомобилей с бензиновыми двигателями с учетом обеспечения современных эксплуатационных показателей по топливной экономичности, токсичности и техническому обслуживанию.

При этом предусматривается совершенствование и модернизация карбюраторных систем питания, разработка систем центрального и распределенного впрыска топлива с использованием созданных электромагнитных форсунок, обеспечивающих характеристики топливоподачи на уровне ведущих зарубежных фирм.

2. Для научного обоснования новых технических и решений по модернизации карбюраторных систем питания и систем впрыска топлива, разработан комплекс математических моделей и алгоритмов;

- адекватные модели для расчета корректоров состава смеси карбюраторных систем питания;

- адекватная математическая модель для расчета пневмомеханического регулятора давления системы центрального впрыска топлива с встроенным расходомером воздуха;

- расчетная модель и алгоритм устройства для непосредственного измерения среднего индикаторного давления в двигателях внутреннего сгорания;

- алгоритм работы системы автоматической стабилизации состава смеси в карбюраторных двигателях;

- алгоритмы работы систем центрального и распределенного впрыска топлива для бензиновых двигателей.

3. Разработанная и реализованная в практике дорожных испытаний методика экспертной оценки ездовых качеств автомобиля, в которой учитываются требования по выполнению международного уровня показателей по ездовым характеристикам, позволяет при испытаниях проводить объективный анализ потребительских свойств топливной аппаратуры.

4. На основе разработанных расчетных моделей, схем и новых конструктивных решений, созданы корректоры состава смеси для различных типов карбюраторов, а также специальный карбюратор К-151Б для автомобилей семейства ГАЗ и ИЖ-2126, оснащаемых бифункциональными системами нейтрализации отработавших газов, для которых также разработан алгоритм работы системы автоматической стабилизации состава смеси.

5. В результате исследований показателей работы автомобилей ГАЗ-33021 при использовании разработанного карбюратора

К-151Б, с встроенными корректорами топливоподачи, в составе бифункциональной системы нейтрализации отработавших газов, установлено, что обеспечивается выполнение норм по токсичности на уровне требований ГОСТ 17.2.2. 03-87 и правил 83-02 ЕЭК ООН.

При этом содержание токсичных компонентов в отработавших газах составляет: СО - 3,06 г/исп; СН + NOx - 1,25, что с запасом обеспечивает выполнение требований правил 83-02.

С учетом полученных результатов по токсичности, эти автомобили могут использоваться как нетоксичный транспорт в городах с тяжелой экологической обстановкой.

6. При установке на двигателе ГАЗ-ЗЮ5 разработанной системы центрального впрыска топлива, можность двигателя возрастает на 5 %, удельные расходы топлива сниижаются на 2.6 %, выбросы СО, СН и NOx по всем режимам в среднем снижаются на 20.35 % по сравнению с карбюраторной системой питания, что объясняется улучшением распределения смеси по цилиндрам двигателя. При этом, улучшение показателей по токсичности ( в 3. 3,2 раза ) обеспечивается на режиме холостого хода двигателя.

7. В результате исследования показателей работы автомобиля ИЖ-212 6 с двигателем УЗАМ-3317, оборудованным системой распределенного впрыска топлива, на полигоне МАЙРА в Бирмингеме ( Англия ), установлено, что автомобиль выполнил нормы по токсичности ЕЭК ООН ( правило 83-2 ) с запасом.( При норме выбросов по СО = 2,0 и СН + NOx =0,5 г/км, фактически получено соответственно 1,298 и 0,286 г/км ). При этом автомобиль выполнил все требования технического задания; оценка ездовых качеств автомобиля составила 8,5 по 10-бальной шкале.

8. Результаты исследований базового образца типоразмерного ряда электромагнитных форсунок системы распределенного впрыска топлива, полученные на безмоторных и моторных стендах, а также на автомобилях, свидетельствуют о том, что разработанные отечественные форсунки полностью соответствуют по всем параметрам своим аналогам - форсункам фирмы BOSCH.

При этом максимальное изменение параметров разработанных форсунок за весь назначенный ресурс ( 1 млрд срабатываний ) не превышает 4 % от номинальных, при требованиях - 6 %.

9. Созданный на основе разработанной расчетной модели прибор для интегральной оценки показателей работы систем питания двигателей внутреннего сгорания, позволяет проводить экспресс -анализ адекватности характеристик топливоподачи с погрешностью не более 3 %, и, таким образом, давать общую оценку качества работы системы питания на двигателе.

10. Разработанные и модернизированные с учетом исследований, выполненных в настоящей работе, системы питания двигателей внедрены на заводах отрасли: на ОАО ПЕКАР в производстве - карбюраторы К-128, К-151К, К-151Б, компоненты систем впрыска топлива ( электромагнитная форсунка, дроссель, топливопровод - все в нескольких типоразмерах, редукционный клапан ), прибор для измерения среднего индикаторного давления; для ЗМЗ ( а/м ГАЗ ) серийно поставляются - карбюраторы К-151Д, электромагнитные форсунки, дроссели, топливопроводы с редукционными клапанами; на заказ - карбюраторы К-151Б; для УМЗ ( а/м УАЗ ) серийно поставляются - карбюраторы К-151Е, проходят испытания электромагнитные форсунки, дроссели, редукуционные клапаны; для УЗАМ ( а/м ИЖМА1Н ) серийно поставляются карбюраторы К-151Н, К-151П, готовятся опытные партии систем распределенного впрыска топлива ПЕКАР-SAGEM с комплектацией ( электромагнитные форсунки, дроссели, топливопроводы с редукционными клапанами, впускные трубопроводы ) производства ПЕКАР; для МеМЗ ( а/м ЗАЗ ) серийно поставляется карбюратор К-128.

6.2. Стратегия развития и рекомендации по созданию и производству систем питания

Анализируя опыт отечественной автомобильной промышленности, мировые тенденции развития отрасли и практику внедрения современных систем питания, с учетом собственного опыта и материалов многолетних исследований можно сделать выводы, которые складываются в определенную стратегию развития систем питания бензиновых двигателей Российских автомобилей.

1. Отставание отрасли в создании и освоении выпуска систем питания автомобильных двигателей диктует необходимость вьфабот-ки нестандартного подхода к развитию этого направления.

2. Предстоящее поэтапное с 1999 по 2001 годы введение Европейских норм по токсичности автомобилей, потребует принятия экстренных мер по освоению производства современных систем питания, нейтрализации ОГ и их внедрению в России.

3. Особенности Российского рынка, условий эксплуатации и технического обслуживания, диктуют необходимость сохранения на длительный период производства карбюраторов.

4. Направления совершенствования карбюраторов должно ограничиться модернизациями выпускаемой продукции в части повышения качества, надежности и эксплуатационных свойств без принципиальных изменений схем и конструкций.

5. Целесообразно введение в конструкции карбюраторов устройств для управления составом смеси электронным способом, что позволит их использовать в системах с обратной связью по А-зонду, применяемых для обеспечения эффективной работы БСНОГ.

6. Развитие систем ЦВТ необходимо вести применительно только к двигателям, впускные системы которых обеспечивают равномерность распределения смеси по цилиндрам близкую к системам РВТ.

7. С экономической точки зрения внедрение систем ЦВТ возможно для дешевых, малолитражных двигателей, при условии выполнения перспективных норм по токсичности ОГ.

8. Упор в разработках систем РВТ необходимо сделать на создании современных компонентов, особенно электромагнитных форсунок, как наиболее ответственных за показатели системы в целом.

9. Отставание в технологии производства блоков управления и отдельных датчиков делает целесообразным, для ускорения появления на Российском рынке систем впрыска современного уровня, исследовательские и доводочные работы проводить с использованием зарубежных комплектующих элементов, для которых имеется возможность производства и конкретные производители в России.

10. Опасность комплектации систем покупными компонентами производства зарубежных фирм связана с незаинтересованностью западных фирм поддерживать Российских производителей не имея перспективы комплектовать системы полностью. Возможный исход такой комплектации - потери отдельных, адаптированных элементов и необходимость постоянной переадаптации системы, что неизбежно приведет к срывам ее производства и увеличению цены.

11. Необходимо организовать совместные поставки компонентов с западными фирмами при условии последующего их серийного выпуска на Российских предприятиях.

12. На период становления производства элементов систем впрыска в России, их комплектацию в системы производить на специализированном предприятии, владеющим технологией изготовления наиболее ответственных элементов, аппаратурой и методиками адаптации системы. Такая концентрация позволит избежать наметившихся сейчас тенденций неоправданного расширения круга поставщиков элементов, не имеющих необходимой базы и опыта их испытаний применительно к функционированию систем впрыска топлива.

13. Организация сервисного обслуживания систем, производства контрольно-измерительной, газоаналитической и другой аппаратуры для технического обслуживания на базе специализированных предприятий, оснащение ею станций технического обслуживания.

14. Организация совместной системы подготовки кадров вузами и ведущими предприятиями, введение в курсы вузов соответствующих дисциплин, подготовка учебников и специальной литературы.

15. Опережающее республиканское, введение регинальных норм для крупных городов и наиболее неблагополучных в экологическом смысле мест страны, норм и правил контроля выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами автомобилей ( такие нормы введены в Москве с 1997 г.).

6.3. Практические шаги по реализации представленных рекомендаций

1. Разработана комплексная программа развития карбюраторов на ОАО "ПЕКАР" применительно ко всем автомобильным двигателям, на которых они применяются и могут применяться.

Основные положения программы сводятся к следующему:

- базовый карбюратор К-151 и его модификации, которые устанавливаются на все выпускаемые в стране автомобильные двигатели большого литража, будет претерпевать постепеную модернизацию в направлении упрощения конструкции и удешевления производства при сохранении параметров, что позволит повысить надежность в эксплуатации;

- вновь созданный карбюратор К-128 для малоразмерных двигателей с рабочим объемом ( 1,0.1,4 ) л, будет применяться на двигателях МеМЗ без модернизаций;

- создавемый новый карбюратор К-134 будет предельно простым, дешевым в производстве, универсальным по возможностям переадаптации ко всему спектру выпускаемых в стране двигателей.

2. Разработана схема и базовая конструкция аппарата ЦВТ, электромагнитных форсунок, что позволит при необходимости оснастить систему ЦВТ для любого двигателя, выпускаемого в стране, наиболее ответственными узлами при ее создании.

3. Разработаны конструкции типоразмерных рядов и налажено серийное производство корпусов дроссельных заслонок, топливопроводов с редукционными клапанами.

4. Разработана конструкция впускного трубопровода для двигателя УЗАМ с системами РВТ, выпущена опытная партия.

5. Разработаны оригинальные конструкции электромагнитных форсунок систем распределенного впрыска топлива и впервые в стране организовано их серийное производство.

6. Разработана долгосрочная программа совместных действий с Французской фирмой SAGEM по созданию систем распределенного впрыска топлива для Российских автомобилей.

Первый этап программы реализован, создан базовый образец системы, который на автомобиле ИЖ-212 6 с двигателем УЗАМ-3317 прошел полный цикл испытаний на полигоне МАЙРА в Англии и полный цикл испытаний на полигоне НИЦИАМТ в России.

Результаты испытаний оказались идентичными и подтвердили выполнение автомобилем Европейских норм по токсичности отработавших газов, требования по скоростным показателям автомобиля и высокое качество "driveability". Начата реализация второго этапа, включающего в себя выпуск партии промышленных образцов автомобилей с системами впрыска топлива, проведение приемочных и сертификационных испытаний, переход к промышленному производству систем впрыска топлива для автомобилей ИЖ-2126.

7. Разработаны предложения, вошедшие в программу защиты воздушного бассейна Санкт-Петербурга от выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами автомобилей.

Исследования, выполненные в рамках разработанной стратегии, позволяют сформулировать программу первостепенных работ на будущее по ее выполнению: разработка и исследование новых конструкций компонентов систем впрыска топлива, а также совершенствование алгоритмов работы систем, направленных на выполнение все более ужесточающихся норм по токсичности, при сохранении и улучшении показателей по топливной экономичности, динамике и комфортности автомобиля.

Основное содержание работы опубликовано в следующих научных трудах:

1. Ефремов Б.Д., Корабельников A.A., Рамин Е.Л., Медников В.В., Рыковский А.К. Устройство для индицирования ДВС. // Автомобильная промышленность, 1973, N 3, с. 7-11.

2. Ефремов Б.Д., Корабельников A.A., Рамин E.JI. Метод и аппаратура для регистрации среднего индикаторного давления в ДВС.// Произв.-тех.сб. /Техника и эксплуатация флота, судоремонт и судостроение, 1973, с.3 6-44.

3. Ефремов Б.Д. Аппаратура для регистрации среднего индикаторного давления в ДВС. / Деп.НИИавтопром, N Д 73 007 6, РЖ ДВС 1973, N 12.

4. Ефремов Б.Д. Апаратурная реализация коэффициента ослабления при измерении среднего индикаторного давления. /Деп. НИИавтопром, N Д 730077 РЖ ДВС, 1973, N 12.

5. Ефремов Б.Д. Аналитическое определение погрешности в величине среднего индикаторного давления из-за смещения ВМТ. // Труды МАДИ, 1974, N 71, с. 156-159.

6. Ефремов Б.Д. О влиянии подсоединительных каналов на точность регистрации давления. / Деп.НИИавтопром, N Д 7400101 РЖ ДВС, 1974, N 10.

7. Коммутатор. A.c.N 447 837,1974 ./Ермилов Б.Л.,Ефремов Б.Д.

8. Ефремов Б.Д., Черняк Б.Я. Математическая модель процесса тепловыделения в ДВС. // Труды МАДИ, 1975, N 96, с. 45-50.

9. Устройство для измерения индикаторной мощности поршневых машин. A.c. N 432363, 1974./ Ефремов Б.Д.

10. Устройство для измерения среднего индикаторного давления поршневых машин. A.c.N 514218, 1976./ Ефремов Б.Д.,Ермилов Б.Л.

11. Двухконтурный смеситель. A.c. N 802589, 1981./ Ефремов Б.Д.,Лобынцев Ю.И., Лукин A.M.,Степанов Э.М.

12. Смеситель. A.c. N 1002642, 1983. / Лобынцев Ю.И., Ефремов Б.Д., Эйденкальдт A.B.

13. Смеситель. A.c. N 1021222, 1983. / Лобынцев Ю.И., Ефремов Б.Д., Эйденкальдт A.B., Финкельштейн Л.Б.

14. Карбюратор для ДВС. A.c.N 802588, 1981./ Лобынцев Ю.И., Усанов В.А., Степанов Э.М., Буданов Г.Ф., Лукин A.M., Ефремов Б.Д., Сергиенко Б.И., Соболенко Э.У.

15. Способ регулирования двигателя с внешним смесеобразованием. A.c.N 827823,1981./ Лобынцев Ю.И.,Лукин A.M.,Ефремов Б.Д.

16. Смеситель. A.c. N 12 80167, 1986./ Лобынцев Ю.И., Ефремов Б.Д., Эйденкальдт A.B., Финкельштейн Л.Б.

17. Оптимизатор состава смеси карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. A.c. N 839561, 1981./ Лобынцев Ю.И., Лобынцев М.Ю., Лукин A.M., Ефремов Б.Д., Соболенко Э.У.

18. Карбюратор. A.c. N 1021223, 1983./ Лобынцев Ю.И.,Ефремов Б.Д., Эйденкальдт A.B., Финкельштейн Л.Б., Никулин С.М., Магдычанский Ю.И.

19. Ефремов Б.Д., Лобынцев Ю.И. Совершенствование программного регулирования состава смеси карбюраторных систем питания автомобильных двигателей.// Тезисы докладов Всесоюзной конференции, посвященной 150-летию МВТУ им. Н.Э.Баумана.1980,N 7,с.65.

20. Ефремов Б.Д., Лобынцев Ю.И. Управление составом смеси в карбюраторных системах питания автомобильных двигателей. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции, посвященной 150-летию МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1980, N 7, с. 66.

21. Лобынцев Ю.И., Ефремов Б.Д. Коррекция состава смеси впуском вторичного воздуха.// Труды ЦНИТА,1982, N 80, с. 48-56.

22. Ефремов Б.Д. Исследование неравномерности распределения смеси по цилиндрам при управлении составом смеси подачей дополнительного воздуха во впускную трубу карбюраторного двигателя.// Труды ЦНИТА, 1982, N 80, с. 57-61.

23. Ефремов Б.Д. Коррекция состава смеси в системах снижения токсичности отработавших газов карбюраторных двигателей. // Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств", Харьков, 1981, с. 57-59.

24. Ефремов Б.Д. Управление составом смеси в системах питания автомобильных двигателей.// Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания", М., 19 82, с.172-173.

25. Способ регулирования работы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. A.c. N 1041729, 1983./ Ефремов Б.Д./Марковский A.B., Ершов В.Н., Кваша С.Т.

26. Устройство для подачи дополнительного воздуха во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания. A.c. N 1048153, 1983./ Ефремов Б.Д., Марковский A.B., Локшин А.И.

27. Устройство для подачи дополнительного воздуха во впускной тракт. A.c.N 1046546, 1983./ Ефремов Б.Д., МАрковский A.B.

28. Ефремов Б.Д. Система автоматической стабилизации состава смеси автомобильных карбюраторных двигателей.//Тезисы докладов Всесоюзной научно-техничской конференции "Повышение эффективности использования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов", Ташкент, 19 85, с.103-104.

29. Ефремов Б.Д. Автоматическая стабилизация состава смеси в карбюраторном двигателе.//Двигателестроение,Л. ,1983,N9,с.34-37 .

30. Лобынцев Ю.И. Ефремов Б.Д. Совершенствование смешения, дозирования и газообмена в карбюраторных двигателях. // Тезисы докладов всесоюзной научной конференции "Проблемы совершенствования рабочих процессов в ДВС", М., 1986, МАДИ.

31. Ефремов Б.Д., Марковский A.B., Управление составом смеси в карбюраторных двигателях.// Двигателестроение, Л.,1987, N 1, с. 24-26.

32. Ефремов Б.Д., Покровский Г.П., Валиев Ш.З., Лукин А.М. Влияние стехиометрического состава горючей смеси на топливную экономичность бензиновых двигателей. // Двигателестроение. Л., 1987, N 3, с. 10-11.

33. Устройство для подачи дополнительного воздуха. A.c. N 13702 81, 19 87. / Лобынцев Ю.И., Ефремов Б.Д., Басалаев Г.Н.

34. Устройство для подачи дополнительного воздуха во впускной тракт. A.c. N 1084481,1983./Ефремов Б.Д., Марковский A.B.

35. Способ регулирования частоты вращения ДВС на холостом ходу. A.c. N 1513167. 1989. / Ефремов Б.Д.

36. Система питания для ДВС. A.c. N 1744297. 1992 / Ефремов Б.Д., Куске Е.Я., Куколев П.В.

37. Ефремов Б.Д., Прокопенко Ю.Б. Построение адаптивной системы управления составом смеси по сигналам - зонда.//Труды ЦНИТА, 1990, с. 234-239.

38. Электромагнитная форсунка. Положительное решение на выдачу патента N 94005213.1994 /Духнин Ю.В., Ефремов Б.Д., Кога-нер В.Э., Коликов Н.В., Лисицин А.И.

39. Электромагнитная форсунка. Положительное решение на выдачу патента N 94036840. 1994 / Ефремов Б.Д., Коганер В.Э., Коликов Н.В., Лисицин А.И., Соловьев В.А.

40. Электромагнитная форсунка. Положительное решение на выдачу патента N 95104628. 1995 / Ефремов Б.Д., Коганер В.Э., Коликов Н.В., Лисицин А.И., Соловьев В.А.

41. Ефремов Б.Д. Развитие систем питания автомобильных бензиновых двигателей. // Труды СПАГУ, 1995, с. 13 0-140.

42. Ефремов Б.Д. Разработка систем центрального впрыска топлива для автомобильных бензиновых двигателей.//Труды СПАГУ, 1995, с. 141-147.

43. Ефремов Б.Д. Разработка перспективных систем питания для автомобильных бензиновых двигателей. // Тезисы научно-технического семинара стран СНГ, СП ГАУ, 1996.

44. Ефремов Б.Д. Электронный впрыск в России, проблемы, поиски, перспективы. // Иномарка, СПб, 1995, N 2, с. 18-20.

б. ЗАКЛЮЧЕНИЕ