Оптимизация теплового состояния автомобильного бензинового двигателя на основе применения термостата с электронным управлением

• Автор: Журавлев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 180 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. Глава 1. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Влияние теплового состояния двигателя на его показатели
1.2. Развитие систем регулирования теплого состояния автомобильных двигателей
1.3. Регулирование температуры охлаждающей жидкости
1.4. Термостаты с электронным управлением
1.5. Цель и задачи исследования
2. Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИМ ТЕРМОСТАТОМ
2.1. Задачи исследования
2.2. Лабораторная моделирующая установка для исследования работы термостатов
2.3. Моторный стенд для исследования работы термостатов
2.4. Лабораторные и моторные исследования работы
термостата с восковым термоэлементом
Выводы
3. Глава 3. РАЗРАБОТКА ТЕРМОСТАТА С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
3.1. Требования к термостату с электронным управлением
3.2. Анализ существующих конструкций термостатов с электронным управлением
3.3. Разработанная конструкция термостата с электронным управлением
3.4. Расчетное определение параметров проточной части
разрабатываемого термостата
Выводы
4. Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕРМОСТАТА С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
4.1. Задачи исследования
4.2. Методика экспериментального исследования
4.3. Результаты исследований разработанного термостата на лабораторной установке и на моторном стенде
Выводы
5. Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ САРТ ДВИГАТЕЛЯ
5.1. Задачи моделирования и требования к модели
5.2. Обзор существующих моделей систем жидкостного охлаждения
5.3. Разработка математической модели САРТ двигателя
5.4. Проверка на адекватность разработанной модели
5.5. Оценка эффективности работы САРТ двигателя и выбор основного
параметра для управления термостатом
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
I. Приложение к протоколу испытаний термостата 21082-1306
(ОАО «АвтоВАЗ»)
II. Технические характеристики платы ввода/вывода данных
Ь-780 фирмы Ь-Сагс1 (Россия)
III. Содержание файлов исходных данных для модели САРТ
двигателя
IV. Технические данные используемых приборов и погрешности измерения параметров при стендовых моторных и лабораторных испытаниях

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
а - коэффициент теплоотдачи, коэффициент избытка воздуха; т - время, длительность;
03 - угол опережения зажигания;
а - величина перерегулирования;
р — плотность жидкостей, газов и твердых тел;
А - положение запирающего элемента клапана термостата (относительное или абсолютное);
О — диаметр; с — теплоемкость;
К, - параметр эффективности работы САРТ, представляющий собой среднее (по модулю) отклонение регулируемой температуры ОЖ от заданного значения за рассматриваемый период регулирования:
где: г1 и т2 - время начала и конца рассматриваемого периода регулирования соот ветственно; ?/=/(т) — заданная температура ОЖ, которая должна поддерживаться в ходе регулирования в зависимости от режима работы двигателя; Ь=/(т) — текущее значение регулируемой температуры ОЖ;
к - коэффициент теплопередачи; т — масса;
п - частота вращения коленчатого вала двигателя;
Ы„ — эффективная мощность двигателя;
МФ - крутящий момент двигателя;
Р - тепловой поток;
рс - среднее эффективное давление;

предсгавляет собой разность между установившимися значениями регулируемой температуры ОЖ при работе двигателя с минимальной и максимальной нагрузками. Например, по данным графика на рис. 1.15 для диапазона частоты вращения от 2000 до 4000 мин'1 можно определить статическую ошибку:
д*.= ЮЗ-94,6 = 8,4 °С.
В пределе, для всех условий и режимов работы двигателя, статическая ошибка равна температурному интервалу настройки термоэлемента термостата, т.е. порядка 10 ... 15 °С [42].
Таким образом, температура ОЖ не остается стабильной не только на переходных, но и на стационарных режимах работы двигателя. Из-за особенностей системы автоматического регулирования температуры, а также из-за специфики принципа действия термостата, при снижении нагрузки двигателя температура ОЖ на выходе из рубашки охлаждения падает вследствие уменьшения мощности тепловых потерь, отводимых в СЖО.
Как следует из анализа влияния температуры ОЖ на показатели токсичности и топливной экономичности двигателя, целесообразно поддерживать повышенную температуру ОЖ на низких нагрузках, и снижать ее на высоких. Таким образом, система регулирования температуры ОЖ с помощью термомеханического термостата не позволяет обеспечить оптимальное тепловое состояние двигателя с точки зрения топливной экономичности и токсичности ОГ даже на стационарных режимах работы двигателя.
Определенное влияние на динамику САРТ с термомеханическим термостатом оказывает место его расположения в системе. Существуют два принципиальных варианта расположения термостата — на входе в двигатель (после радиатора - так называемый «нижний» термостат) и на выходе из двигателя (перед радиатором — так называемый «верхний» термостат). В первом случае в термостат поступает охлажденный теплоноситель из радиатора, а также неохлажденный - непосредственно из рубашки двигателя. При этом