Надежность и эффективность электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания при использовании суперконденсатора

• Автор: Кошкин, Валерий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание

Список использованных сокращений

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Особенности создания и развития систем пуска двигателей.

1.2 Общая характеристика электростартерного пуска двигателя.

1.3 Анализ средств повышения надежности и эффективности электростартерного пуска двигателей.
1.4 Анализ характеристик суперконденсатора и аккумуляторной батареи для использования в электростартерном пуске

1.4.1 Анализ характеристик суперконденсатора.

1.4.2 Анализ характеристик стартерной аккумуляторной батареи.

1.5 Выводы по главе 1. Обоснование цели и задач исследования.

Глава 2. Исследование режима пуска двигателя.
2.1 Обоснование общих методов исследования.
2.2 Методика определения мощности энсргоисточника
2.2.1 Определение момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала при температуре окружающего воздуха
2.2.2 Определение потребной мощности энергоисточника
2.3 Методика определения режима пуска двигателя
2.4 Выводы по главе 2
Глава 3. Теоретические исследования электростартерного пуска с суперконденсатором.
3.1 Разработка принципиальной схемы зарядноразрядного устройства
3.2 Математическое описание процесса заряда суперконденсатора от АБ и пуска
3.3 Расчет процессов в системе электростартерного пуска
3.3.1 Система электростартеного пуска с АБ и суперконденсатором
3.3.2 Система электростартеного пуска с АБ.
3.3.3 Система электростартеного пуска с суперкондеисатором
3.4 Расчет параметров суперконденсатора и АБ
3.6 Выводы по главе 3.
Глава 4. Экспериментальные исследования системы электростартерного пуска с суперконденсатором и аккумуляторной батарей
4.1 Объект исследований.
4.2 Программа и методика исследований.
4.3 Исследование пуска от АБ
4.4 Исследование совместного пуска от АБ и суперконденсатора
4.5 Исследование совместного пуска двигателя от АБ уменьшенной емкости и суперконеднсатора.
4.6 Исследование пуска с суперконденсатором.
4.7 Выводы по главе 4.
Глава 5. Экономическая эффективность совместного использования аккумуляторной батареи и суперконденсатора в электростартерном пуске двигателя внутреннего сгорания.
5.1 Составляющие факторы экономической эффективности.
5.2 Годовая экономическая эффективность в эксплуатации.
5.3 Техникоэкономическая эффективность в народном хозяйстве
5.4 Годовая эффективность за счет улучшения экологии.
5.5 Экономическая эффективность на заводе
5.3 Выводы по главе 5
Общие выводы
Список использованных источников


Основными преимуществами суперконденсаторов по сравнению со свинцовыми стартерными АБ являются высокая пиковая удельная мощность, практически неограниченное число циклов полного заряда-разряда, герметичность и отсутствие необходимости обслуживания в эксплуатации в течение всего срока службы, сохранение работоспособности при температурах до минус °С, большой ресурс (до лет), экологическая чистота эксплуатации []. Предполагается, что с применением суперконденсаторов можно будет существенно увеличить надежность и эффективность пуска двигателей в различных условиях эксплуатации и комплектовать тракторы, строительно-дорожные машины и грузовые автомобили АБ значительно меньшей емкости, это особенно важно для народного хозяйства России, где низкий уровень эксплуатации автотракторной техники. Глава 1. Ручной пуск является, как правило, резервным, и возможность его применения ограничивается двигателями малой мощности. Пуск электрическим стартером наиболее распространен. Схема такого пускового устройства представлена на рис. Электростартер 3 представляет собой сериесный электродвигатель постоянного тока, питаемый от аккумуляторных батарей (АБ) 1. ДОС). Пуск инерционным стартером основан на использовании кинетической энергии специального маховика, накапливаемой им при его раскручивании электродвигателем или вручную. На рис. Рис. Перед пуском двигателя маховик 2 стартера через механизм раскручивается до - 0 мин'1 электродвигателем 1 или рукояткой 5 через цепную передачу 4 и шестерни 3 редуктора. При пуске при помощи рычага 6 вводятся в зацепление храповики 8 и 9 и вращение от маховика 2 через понижающий редуктор и фрикционную муфту 7 передается коленчатому валу. Достоинством указанного стартера является возможность пуска вручную, а недостатком -большие затраты времени на пуск. Пуск сжатым воздухом может осуществляться либо с использованием пневматического стартера, либо за счет подачи сжатого воздуха непосредственно в цилиндры двигателя. На практике более широкое применение получил второй вариант. Принципиальная схема его представлена на рис. Рис. Из баллонов 7 через вентили 6 сжатый воздух, проходя через кран-редуктор 5, воздухораспределитель 2 и пусковой клапан 1, поступает в цилиндры двигателя в соответствии с порядком их работы. В такте расширения сжатый воздух давит на поршень, перемещает его и проворачивает коленчатый вал. После пуска кран 5 закрывается. Для контроля за давлением воздуха в баллонах и воздуха, поступающего в двигатель, имеются манометры 4 и 3. Недостатком данной системы является затрудненный пуск двигателя при низких температурах вследствие охлаждения элементов камеры подаваемым в цилиндры воздухом. Пуск автономным пусковым двигателем внутреннего сгорания обычно применяют для пуска тракторных дизелей. Система гидрозапуска состоит из гидропневматического аккумулятора давления и гидромотора В качестве аккумуляторов давления применяют резервуары, заполняемые рабочей жидкостью и воздухом, которые разделены подвижной мембраной, препятствующей их смешению. При закачивании рабочей жидкости газовая подушка сжимается, поднимая давление в аккумуляторе до МПа. Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала двигателя называется частота, при которой обеспечивается пуск двигателя за две попытки с продолжительностью попытки с для карбюраторных и с для дизельных двигателей и интервалов между попытками 1 мин. Данный показатель зависит от следующих основных факторов: числа и расположения цилиндров двигателя, температуры пуска (рис. К положительным составляющим энергетического баланса двигателя при пуске относятся энергия АБ и химическая энергия топлива. Энергия АБ расходуется на привод стартера. В свою очередь, энергия стартера реализуется на сжатие воздуха, на преодоление сил трения, на преодоление сил инерции. Отрицательную часть потока энергии АБ и стартера составляет теплота, которая уходит безвозвратно в окружающую среду. Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между АБ и стартером с одной стороны и окружающей среды - с другой.