Улучшение топливно-экономических и токсических характеристик автомобилей за счет рекуперации энергии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Отарский, Алексей Андреевич

• Отарский, Алексей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Отарский, Алексей Андреевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Воздействие токсических компонентов отработавших газов автотранспортных средств на окружающую среду

1.2. Анализ работ, направленных на улучшение эколологических показателей автотранспортных средств

1.3. Анализ работ по созданию и исследованию комбинированных энергетических установок на автомобильном транспорте

1.4. Выводы и задачи исследований

Глава 2. Теоретические исследования влияния рекуператора энергии на экологические показатели автомобиля

2.1. Обоснование выбора схемы комбинированной энергетической установки транспортного средства с рекуператором энергии

2.2. Обоснование методики расчета аккумуляторного гидропривода

2.3. Исследование влияния рекуператора энергии на тягово-скоростные свойства автомобиля

2.4. Исследование влияния рекуператора энергии на топливно-экономические и токсические характеристики автомобиля

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Методика экспериментальных исследований

3.1. Задачи экспериментальных исследований

3.2. Объект исследований

3.3. Методика проведения лабораторных испытаний

3.4. Методика проведения сравнительных дорожных испытаний серийного и опытного автомобилей

3.5. Обработка опытных данных и оценка погрешностей результатов исследований

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и рекомендации по использованию рекуператора энергии

4.1. Лабораторные исследования аккумуляторного гидропривода

4.2.Результаты сравнительных дорожных испытаний по оценке скоростных свойств серийного и опытного автомобилей

4.3. Результаты сравнительных дорожных испытаний топливной экономичности серийного и опытного автомобилей

4.4. Результаты экспериментальных исследований токсических характеристик серийного и опытного автомобилей

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение топливно-экономических и токсических характеристик автомобилей за счет рекуперации энергии»

Причинами ухудшения состояния окружающей среды является постоянный рост парка транспортных средств, использующих двигатели внутреннего сгорания (ДВС), при этом в загрязнении атмосферы токсичными выбросами отработавших газов доля бензиновых автомобилей более 70%.

Автотранспортные средства, работающие в условиях города сельскохозяйственного производства с предельно высокой перегрузкой, с большим перерасходом топлива, в недопустимых количествах выбрасывают в атмосферу с выхлопными газами токсичные элементы, которые способствуют загрязнению окружающей среды. Это приводит к большим экономическим потерям в сельском хозяйстве, к ухудшению экологического состояния населенных пунктов и территорий, прилегающих к промышленным предприятиям. Вредному воздействию особенно сильно подвергаются сельскохозяйственные предприятия, расположенные вблизи крупных городов, промышленных центров, транспортных магистралей и аэродромов в настоящее время проводятся конструкторско-технические мероприятия, позволяющие внедрить технические новшества в конструкции автотранспортных средств, направленные на улучшение их экологических показателей и сокращение выбросов вредных веществ. Они группируются по следующим направлениям: повышение экономичности двигателей, снижение массы конструкции, уменьшение сопротивления движению, снижение токсичности отработавших газов, использование экологически более чистых видов топлива, применение комбинированных источников энергии.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что одним из эффективных мероприятий обеспечения экологической безопасности автотранспорта является разработка комбинированных энергетических установок (КЭУ) транспортных средств, состоящих из ДВС и устройства для рекуперации энергии. Эти устройства позволяют не только снизить нагрузки на элементы трансмиссии автомобиля, улучшить тягово-скоростные качества автомобиля и уменьшить расход топлива, но и снизить выбросы токсических веществ с отработавшими газами двигателей.

В этой связи особую актуальность приобретают разработка и научное обоснование новых технических решений, направленных на использование рекуператоров энергии и исследование их влияния на экологические показатели транспортных средств. Решение данной задачи позволит повысить эффективность использования транспортных средств и решить две важные экологические задачи: снизить выбросы токсических веществ с отработавшими газами двигателей и сэкономить энергетические ресурсы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Отарский, Алексей Андреевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована схема комбинированной энергетической установки автомобиля, включающая двигатель внутреннего сгорания и рекуператор энергии торможения, отвечающая требованиям по удельным мощностным показателям и удельной энергоемкости. В качестве накопителя энергии выбран пневмогидравлический аккумулятор, применение которого повышает надежность гидропривода, снижает требуемую мощность насосного узла и уменьшает типоразмеры и стоимость элементов гидросистемы.

2. Получены теоретические закономерности изменения тягово-скоростных, топливно-экономических и токсических характеристик транспортного средства за счет применения рекуператора энергии торможения.

Разработана и обоснована методика расчета аккумуляторного гидропривода автомобиля с учетом характеристик его движения в цикле.

Установлено, что применение рекуператора энергии позволяет улучшить тягово-скоростные характеристики автомобиля на 19.33 %, уменьшить расход топлива на 11. 14% и снизить количество выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами на 11.23 %.

3. Разработано техническое решение по реализации рациональных характеристик транспортного средства с рекуператором энергии торможения (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 66125).

4. Дорожные испытания автомобиля показали работоспособность устройства для рекуперации энергии. Применение рекуператора позволяет сократить время разгона автомобиля на 20 с, при этом путь разгона уменьшить с 1400 м до 900 м. Экономия топлива составляет 2,5 л/100 км. Количество выбросов токсических веществ снижается на 31 г при проезде всего цикла.

5. Годовой экономический эффект при эксплуатации автомобиля, оборудованного рекуператором энергии, составляет 4207 руб.

Годовой экономический эффект от проведения природоохранного мероприятия, направленного на снижение загрязнения атмосферы за счет установки рекуператора энергии на автомобиль составляет 738 руб. на одну единицу транспортного средства.

6. Экологический эффект от применения рекуператора энергии на транспортном средстве с учетом снижения массы выбросов загрязняющих веществ после внедрения данного природоохранного мероприятия составляет 0,05 усл.т в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Отарский, Алексей Андреевич, 2010 год

1. A.c. 1024622 (СССР) Рекуперативный гидропривод / Курский политехнический институт, Авт. Изобретение. А.Г. Черный. Заявл. 12.06.81 № 3304327/25-06; Опубл. в Б.И., 1983, № 23, МКИ F 16НЗЗ/02.

2. A.c. 1118823 (СССР). Пневмогидравлический рекуперативный привод / Курский политехнический институт, Авт. Изобретение. А.Г. Черный. -Заявл. 02.06 82№346578025-06; Опубл. в Б.И., 1984, № 38, МКИ Р 16НЗЗ/02.

3. A.c. 1593984 (СССР) Подвеска транспортного средства с рекуперацией энергии его колебаний / Московский автомобильный завод им. И.А. Лихачева, Авт. Изобретение. В.А. Анох1Ш. Заявл. 17.05.88 № 4427202/2711 ; Опубл. в Б.И., 1990, №35, МКИ В 60G13/18.

4. A.c. 1549805 (СССР) Привод колеса транспортного средства /Воронежский сельскохозяйственный институт им. К.Д. Глинки, Авт. Изобретение. О.И. Поливаев. Заявл. 16.05.88 № 4423726/30-11; Опубл. В Б.И., 1990, № 10, МКИ В 60К17/32.

5. Аксенов И. Я. Транспорт и охрана окружающей среды / И. Я. Аксенов,

6. B.И. Аксенов. — М: Транспорт, 1986. 176с.

7. Балабин И.В. Испытания автомобилей / И.В. Балабин, Б.А. Куров, С.А. Лаптев. М: Машиностроение, 1988.- 192с.

8. Баран М.И. Определение минимального давления зарядки разгрузочного аккумулятора / МИ. Баран, В.В. Волошанский // Тр. / Львовский ГСКБ по автопогрузчикам. 1976 - С. 34-38.

9. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. -320с.

10. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие М: Машиностроение, 1969. - 628с.

11. Башта Т.М. Объемные гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969.-628с.

12. Блекборн Д. Гидравлические и пневматические системы управления /Д. Блекборн, Г.Ритхоф, Д.Л. Ширер.-М.:Изд.ин. литературы, 1962.-614С.

13. Блатнев М.Д. Пассажирские автомобильные перевозки. М.: Транспорт, 1981.-222с

14. Богданович Л.Б. Гидравлические приводы. Киев: Вища школа, 1980.-247с.

15. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных. М: Колос, 1978. - 199с.

16. Веденяпин Г.В. Элементы методики математической обработки результатов экспериментальных исследований. М.: ВАСХНИЛ, 1956. -195с.

17. Варнаков В.В., Дидманидзе О.Н. Основы сертификации предприятий технического сервиса. М. 2006, 148 с.

18. Волошанский В.В. Исследование динамики движения стрелы с пневмоаккумуляторным гидроприводом / В.В. Волошанский, М.И. Баран // Тр. / Львовский ГСКБ по автопогрузчикам. 1976,- С. 28-33.

19. Высоцкий МС. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов / МС. Высоцкий, Ю.Ю. Беленький, В.В. Московкин.- Минск: Наука и техника, 1984.-208с.

20. Гидравлические аккумуляторы и их применение./ С. Тоенага; ВЦП. ,-№Ц-16663.-24с.Юацука сэккэй, 1969,т.7,№8,-С. 100-106.

21. Гидравлические аккумуляторы. Бош / ВЦП. № Ц - 88066. - 67с. -Материал фирмы Boshc Robert GmbH. - С. 31.

22. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1990. - 135 с.

23. ГОСТ 22576 90. Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний. - М.: Изд. Стандартов, 1990. -32Ас.

24. ГОСТ 20306 90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний. -М.: Изд. Стандартов, 1990. -35 с.

25. ГОСТ 14064 68. Аккумуляторы гидравлические. Основные параметры. -М.: Изд. Стандартов, 1968. - 22 с.

26. ГОСТ 24668 81. Пневмогидроаккумуляторы.- М.: Изд. стандартов 1981: -23 с.

27. Гулиа Н.В. Автобус с гидрогазовым рекуператором энергии торможения / Н.В. Гулиа // Автомобильный транспорт. 1978. — № 1. — С.44-45.

28. Гулиа Н.В. Динамическое аккумулирование и рекуперирование механической энергии для целей транспорта Дис. д-ра тех. наук. Курск, 1972.-325С.

29. Гулиа Н.В. Инерционные двигатели для автомобилей. М.: Транспорт, 974.-64с.

30. Гулиа Н.В. Маховичные двигатели. М: Машиностроение, 1976.- 172 с.

31. Гулиа Н.В. Накопители энергии. М.: Наука, 1980. - 187с.

32. Гулиа Н.В. Рекуператор энергии торможения для городского автобуса /Н.В. Гулиа// Автомобильная промышленность. 1994.-№ 1.-С.15-17.

33. Гулиа Н.В. Новая концепция электромобиля / Н.В. Гулиа, С.А.Юрков //

34. Автомобильная промышленность. 2000. - № 2. - С. 14-17.

35. Гутаревич Ю.Я. Охрана окружающей среды от загрязнения выбросами двигателей. Киев: Урожай, 1989. - 244с.

36. Дмитриев Н.В. Повышение производительности и топливной экономичности мобильных агрегатов путем использования рекуператора энергии .Дис. кан. тех. наук .- Рязань, 1990 213с.

37. Жегалин О.И.: Снижение токсичности автомобильных двигателей / О.И.Жегалин, П.Л. Лупачев.- М.: Транспорт, 1985.-120с.

38. Забавников H.A. Простейший механический аккумулятор энергии транспортной машины / H.A. Забавников // Автомобильная промышленность. -1974.-№3.-С. 31-33.

39. Заявка № 2730501 (ФРГ). Гидроаккумулятор для аварийного торможения / Авт. изобрет. Плюм Гельмут. Заявл. 6.07.77, Опубл. 1.02.79. МКИ В60Т13/14.

40. Иванов В.Н. Экономия топлива на автомобильном транспорте / В.Н. Иванов, В. И. Ерохов. М: Транспорт, 1984. - 302с.

41. Иванов В.В. Основы теории автомобиля и трактора: Учеб пособие для вузов. 2-е изд., переработ, и доп. - М: Высшая школа, 1977. - 245с. 1

42. Испытания автобуса ЛАЗ 695 с гидропневматическим рекуператором энергии торможения / Н.В. Гулиа, А.Г. Черный, Л.Л. Гвелесиани и др. // В кн.: Исследование конструкций и эксплуатационной надежности автобусов. - Львов, 1978-С.123-127.

43. Исследование возможности снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов за счет применения на автобусах рекуператора энергии. Отчет о научно-исследовательской работе. — М.: МАДИ, 1988. — 54с.

44. Исследование энергетических характеристик гидросистем тракторов.

45. Отчет о научно-исследовательской работе. М.: МАМИ, 1980. - 22с.

46. Каменев В.Ф. Научные основы и пути совершенствования токсических характеристик автомобильных двигателей с искровым зажиганием. -Дис. д-ратех. наук, Москва, 1996. - 305с.

47. Комбинированные силовые установки городских автобусов. Обзорная информация. М: ЦНИИТЭИавтопром, 1988.

48. Корчагин В. А.: Эффективность использования изобретений и рационализаторских предложений на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1984. -112с.

49. Крейслер A.A. Объемные гидромеханические передачи с двумя дифференциалами / A.A. Крейслер, А.Н. Крымский // Тр.7 НАТН. 1959. -Вып. 98.-С. 155-158

50. Куликов И.К. Использование энергии торможения для повышения экономических и динамических качеств автомобиля / Н.К. Куликов // Автомобильная и тракторная промышленность. 1951.-№ 1. - С. 18-20.

51. Кутепов В.Ф. Прогрессивные направления улучшения показателей топливной экономичности и токсичности двигателей / В.Ф. Кутепов // Автомобильная промышленность. 1982. - № 2. - С.7 - 9.

52. Кутепов Г.М. Технологические основы и тяговая динамика мобильных энергетических средств. — М.: Машиностроение, 1992. 154с.

53. Лурье М.И. Скоростные качества и топливная экономичность автомобиля / М.И. Лурье, A.A. Токарев. —М: Машиностроение, 1967. 160с.

54. Мацкерле Ю.Современный экономичный автомобиль / Пер. с чешек.; Под ред. А.Р. Бенедиктова М.: Машиностроение, 1987. - 320с.

55. Машиностроительный гидропривод / Л.А. Кондаков, Г.А. Никитин, В.Н. Прокофьев и др.- М: Машиностроение, 1978: 495с.

56. Маяк Н.М Топливная экономичность автомобилей в сложных условиях движения Киев: Выща школа, 1990. -215с.:

57. Метлюк Н.Ф. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей / Н.Ф. Метлюк, В.П. Автушко. М.: Машиностроение, 1980.148231с.

58. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. М.: ИИИАТ, 1993.-32с.

59. Методика определения экономической эффективности от внедрения новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на предприятиях и организациях Минавтотранса РСФСР. М: Минавтотранс РСФСР, 1978.-75с.

60. Мехайлин A.A. Динамика автомобиля с гидрообъемной трансмиссией / A.A. Мехайлин // Межвуз.сб. научн.тр / М.: Транспорт. - 1976.;-Вып. 1.-С.49-55.

61. Демидов А. В., Знаменский О. И., Отарский А. А. Использование городских электромобилей // Международный технико-экономический журнал. 2009. - № 3. - С. 12-15.

62. Разаренов А. А. (Отарский А. А.), Демидов А. В., Легеза Г. В., Григорьев И. Г. Повышение срока эксплуатации двигателей // Сельский механизатор. -2008.-№ 10.-С. 45.

63. Нарбут Н.И. Обобщенные схемы двухпоточных передач с внешним разветвлением силового потока / Н.И. Нарбут // Сб. научн. тр. / МАДИ. -1987.-С. 17-21.

64. Насонова МИ. Критерий выбора гидроаккумулятора в гидросистемах рулевого управления / МИ. Насонова // Горные машины. Обоснование, расчет и экспериментальные исследования, Вып. 104.- Свердловск 1976- С.81-85.

65. Некрасов Б.Б. Особенности рабочих характеристик объемной гидромеханической передачи с разделением потока мощности / Б.Б.

66. Некрасов, К.И. Городецкий // Тракторы и с/х. машины. -1975. № 2. - С.34-40.

67. Новоселов A.JI. Охрана окружающей среды от вредных воздействий автомобильного транспорта: Учебное пособие / A.JI. Новоселов, А.Н Токарев. Барнаул: Тип. Алтайск. политехнич. института, 1987. - 56с.

68. О возможности повышения экономичности транспортной машины с помощью гидравлической рекуперативной системы / A.A. Коваленко, K.M. Дядичев, ГА. Бажанов, Ю.А. Косенко-Белинский. В кн.: Гидравлические машины. Вып. № 15 Харьков, 1981.- С.90-93.

69. Павлова Е.И. Экология транспорта / Е.И. Павлова, Ю.В. Буравлев. -М.: Транспорт, 1998.-231 с.

70. Патент 57-32252 (Япония). Гидросистема управления автоматической коробкой скоростей / Таета дзидося коге к.к.; Авт. изобрет. Гэга Ютака, -Заявл. 23.12.74. № 49-147901; Опубл. 9.07.82, МКИВ60К20/14.

71. Петров В. А. Автоматическое управление бесступенчатых передач с/х. машин / В. А. Петров. М.: Машиностроение, 1968. - 143с.73 .Петров В. А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин /В.А.Петров.- М: Машиностроение, 1988. 248с.

72. Повышение эффективности использования автомобильной техники за счет аккумулирования энергии торможения и колебания остова. Отчет о научно-исследовательской работе. Воронеж: ВВАИИ, 2002. - 84с.

73. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро и пневмосистем. - М.: Машиностроение, 1976 - 424с.

74. Проектирование рациональных гидравлических систем с использованием аккумуляторов / Накамура Тэруо; ВЦП №Ц - 24040. - 24 с. - Юацука сэккэй, 1973, т.11, №2, С.11М16.

75. Прокофьев В.Н. и др. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. М.: Машиностроение, 1969. - 496с.

76. Прокофьев В.Н. Основы теории гидромеханических передач. М: Машиностроение, 1957. - 423с.

77. Прокофьев В.П. Основы теории и конструирования объемных гидропередач. М.: Высшая школа, 1968. - 412с.

78. РТМ. 37.031.007-78. Методы комплексного исследования и оптимизации тягово-скоростных качеств и топливной экономичности автомобиля. -Дмитров: ЦНИИАП, 1978. -178с.

79. Самылин Е.А. Возможности экономии топлива на городских автобусах при использовании рекуператоров энергии / Е.А. Самылин/В.Ю. Дубровин Л.Д. Поляк // Сб. тр.; / МАДИ. 1987. - С.75-8 1.

80. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник / В.К. Свешников, A.A. Усов. М.: Машиностроение, 1982. - 464с.

81. Селифонов В.В. Системы рекуперации энергии. Замыслы и реалии / В.В. Селифонов, A.M. Фиронов // Автомобильная промышленность. 1989. - №8.-С.13-14.

82. Селифонов В.В. О целесообразности применения систем рекуперации энергии / В.В. Селифонов, A.M. Фиронов // Сб.научн. тр.: «Повышениебезопасности и надежности автомобиля». / МАМИ. 1988. - С.232-236.

83. Токарев А.А. Топливная экономичность и тягово-скоростные качества автомобиля. М.: Машиностроение, 1982 - 224с.

84. Фатеев И.В Сравнительный анализ КПД одно и двухпоточной объемной гидравлической трансмиссии / И.В. Фатеев // Сб. тр. каф. "Автомобили" / МАМИ. - 1975.

85. Фиронов A.M. Повышение топливной экономичности городского автобуса путем применения рекуператора энергии торможения: Дис. канд. техн. наук. Москва, 1989. - 188с.

86. Хортов В.П. Новый взгляд на экологическую опасность АТС / В.П. Хортов // Автомобильная промышленность 2000 - № 6 - С. 22-24.

87. Цитович И.О. Анализ и синтез планетарных коробок передач автомобилей и тракторов / И.О. Цитович, В.Б. Альгин, В.В. Грицкевич -Минск: Наука и техника, 1987. 224с.

88. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета тракторов и автомобилей. 1М:1. Сельхозиздат, 1972. 382с.

89. Чудаков Е.А. Пути повышения экономичности автомобиля. М.: Изд. АН СССР, 1948. - 168с.

90. Шеломицкий В. А. Разработка путей повышения энергоотдачи пневмогидроакумуляторов и метода уточненного расчета аккумуляторного гидропривода. Дис. канд техн. наук. Москва, 1989. - 217с.

91. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учеб. пособие для студентов втузов./ Ю.С. Козлов, В.П. Меньшов, И.А. Святкин и др. -М: Изд. «Агар», 2000. 175с.

92. Экологическая безопасность транспортных потоков / Дьяков А.Е., Игнатьев Ю.В., Коншин Е.П. и др.; Под ред. Дьякова А.Б. М.: Транспорт, 1989. - 128с.

93. Яблоков А. Мы задыхаемся вовсе не из-за прогресса /А. Яблоков //За рулем.- 1998.- №3.- С.4-5.

94. Якубовский КХ Автомобильный транспорт и защита окружающей среды: Перевод с польского. М.: Транспорт, 1979.- 198с.

95. Korkmaz F., Vorraussetzungen für einen erfolgversprechenden Eirzatz von Fahrzeugantrieben mit Bremsenergie-Ruckgewinnung. ATZ 82 (1980), 4.

96. Frank A.A., Beachly N.H., Design Consideration for Flyheel — Transmission Automobiles. SAE Technical Paper, № 800886, 1980.

97. Jahn M. Zum Stand der Bremsenergie-Ruckgewinnung, KFT, №10, 1982.

98. Schilke N.A., Dehart A.O., Hewko L.O. The design of an engine ftywheel hybrid drive system for a passenger car. Integrated Engine Transmission Sistems. №102, 1986.

99. Saridaris N. Golf mit Otto-Elektro-Hybrid-antrieb. ATZ 87(1985) №11.

100. Avramovik. Schweiz Maschinen-markt, 1983, №2, p. 32-34.