Характеристики двигателя: Основные показатели двигателя: мощность, крутящий момент, расход

Известный пример известных рядных двигателей можно увидеть в двигателях BMW серий N и S, включая S54, N54, N55 и S55. BMW производит I6 дольше, чем я живу, и они заработали репутацию лучших рядных шестерок в бизнесе на протяжении многих лет, и до сих пор по сей день. Их I6 гладкие и изысканные, и известны тем, что издают довольно запоминающийся звук при откупорке выхлопной системы вторичного рынка. Еще одним ярким примером фантастических рядных двигателей является серия двигателей Toyota 2J, наиболее известная из которых используется в MKIV Toyota Supra. 2JZ GTE, специально установленный в Supra Turbo, известен тем, что его можно модифицировать без особой работы с внутренними частями двигателя.

Плоские двигатели

Плоские или оппозитные двигатели — это последний тип двигателей, который мы подробно обсудим, и они также наименее распространены. из всех типов двигателей, которые мы рассмотрели до сих пор. Плоские двигатели устроены таким образом, что цилиндры ориентированы горизонтально, поэтому при стрельбе они противостоят друг другу, как бы боксируя друг друга (отсюда и прозвище боксер). Простой способ визуализировать плоский двигатель — представить его как двигатель V-образного типа с углом 180 ° в нижней части V, что делает его плоским.

Плоские двигатели чаще всего используются в автомобилях Porsche, поскольку с 1960-х годов они используют исключительно оппозитные 6 двигателей в своих знаменитых 911. У Porsche были плоские двигатели с различными рабочими объемами, состояниями впуска и количеством цилиндров, но они придерживались своей теперь уже давно почитаемой конфигурации дольше, чем, возможно, любой другой производитель оставался эксклюзивным для одной компоновки двигателя. Еще один известный пример плоской конфигурации двигателя можно найти в Subaru WRX STi, в котором используется Flat 4. 

Другие типы двигателей

Три перечисленных выше типа двигателей используются в 90 % автомобилей. Однако есть и другие типы двигателей, составляющие последние 10%, и некоторые из них довольно интересны.

Двигатели VR Style

Если бы можно было объединить двигатели Inline и V-style, результатом был бы двигатель VR. Двигатель VR не имеет угла, поскольку все цилиндры имеют одну и ту же головку, однако они смещены, а не встроены. Если вы возьмете движок в стиле V и закроете его, как если бы это была открытая книга, результатом будет движок в стиле VR.

Двигатели VR почти исключительно используются в автомобилях VW по причинам, которые может объяснить только VW. Тем не менее, их использование в VW стало чем-то вроде культа, поскольку их знаменитый VR6 звучит довольно хорошо и в свое время был мощной силовой установкой.

Двигатели W Style

В бесконечном стремлении VW связать каждую букву алфавита с конфигурацией двигателя они придумали стиль W двигатель. Двигатель типа W, который производился только в 12-цилиндровых вариантах от Volkswagen, фактически представляет собой два двигателя VR6, соединенных в 9.Угол 0 °, как у двигателя V-образного типа. Это означает, что у вас есть два ряда по 6 цилиндров со смещением в конфигурации VR.

W12 использовался в роскошных седанах и внедорожниках, и его можно найти в таких моделях, как Audi A8 W12, а также в Volkswagen Phaeton W12. Я считаю, что W12 не стоил ничего, кроме нескольких лошадиных сил и классного значка W12, но некоторые утверждают, что они более плавные и лучше подходят для роскошного седана, чем альтернатива V8.

Роторные двигатели

Если вы заинтересованы в автомобиле, который проработает в гараже больше часов, чем пройдено миль, тогда роторный двигатель для вас! Роторный двигатель полностью отличается от других двигателей, которые мы обсуждали, поскольку в нем нет ни поршней, ни цилиндров. Вместо этого есть большой ротор в форме Дорито, который вращается внутри корпуса и создает энергию, используя это вращение. Роторные двигатели довольно сложны, по крайней мере, для людей, которые гораздо лучше знакомы с поршневыми двигателями, поэтому, если вы хотите узнать больше о роторных двигателях, я направлю вас на YouTube-канал «Технические объяснения», который даст гораздо лучшее объяснение, чем я. способен.

Роторный двигатель наиболее широко использовался Mazda в модели RX7 90-х годов, которая завоевала такую ​​же преданность, как и знаменитая Toyota Supra. Эта эпоха тюнингованных автомобилей прославилась благодаря фильмам «Форсаж», но невероятные двигатели, используемые в этих автомобилях, такие как 2JZ и роторный двигатель, несомненно, также имеют какое-то отношение к этой славе.

Заключительные мысли

Как видите, автопроизводители любят пробовать множество разных методов, чтобы выполнить одну и ту же работу: смешать воздух, топливо и огонь, чтобы произвести взрыв и привести машину в действие. Что касается плюсов и минусов, они действительно недостаточно конкретны, чтобы перечислять их с уверенностью, поскольку каждый стиль был выполнен как очень хорошо, так и очень плохо, а это означает, что любые преимущества можно отнести к общей инженерии, а не к конфигурации цилиндра явно.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Новые коэффициенты Лейдермана–Хлыстова для оценки характеристик и работы двигателя при полной нагрузке | Китайский журнал машиностроения

• Исходная статья
• Открытый доступ
• Опубликовано: 29 ноября 2019 г.

• Дариуш Шпица ORCID: orcid.org/0000-0002-7813-8291 ¹  

Китайский журнал машиностроения том 32 , Номер статьи: 95 (2019) Процитировать эту статью

• 911 доступов

• 8 цитирований

• Детали показателей

Abstract

В статье представлен метод расчета характеристик двигателя с полной нагрузкой на основе соотношения Лейдермана–Хлыстова. Поскольку имеющиеся в литературе значения коэффициентов обсуждаемой функции определены для устаревших конструкций двигателей, была предпринята попытка их уточнения. С этой целью использовался динамометрический стенд, в котором была создана база данных результатов для различных транспортных средств. После сбора данных были определены коэффициенты для разнообразия топливной системы (шесть групп: инжекторный бензин и бензин с турбонаддувом, бензин с искровым зажиганием I–II и IV поколения, дизель без наддува и дизель с турбонаддувом). Идентификация коэффициентов была проведена в среде Matlab-Simulink, что свидетельствует о применимости указанной функции для большинства двигателей, однако популярность в последнее время бензиновых двигателей с турбонаддувом требует дополнительного анализа возможности использования другого функционального описания. Характеристики двигателя при полной нагрузке являются основой для эксплуатационных характеристик транспортного средства и, в дальнейшем, для моделирования движения в различных аспектах эксплуатации транспортного средства.

Введение

Несмотря на то, что гибридные автомобили предлагаются все чаще, преобладающим источником движения по-прежнему являются бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. Соответствующая комбинация элементов трансмиссии всегда должна быть сделана с учетом характеристик автомобиля. Выбор двигателя обычно представляет собой сочетание технических, экономических и экологических аспектов. Задача дизайнера – сделать правильный выбор при наличии противоречивых факторов. Выбор выходной мощности на колесах должен учитывать наиболее важные критерии для данного типа транспортного средства. Для легкового автомобиля это максимальная скорость и ускорение.

При проектировании трансмиссии необходимо определить выходную мощность и крутящий момент двигателя в зависимости от частоты вращения двигателя (характеристики полной нагрузки), предполагая: максимальную выходную мощность, частоту вращения двигателя и тип топливной системы в качестве исходных данных.

Полученные таким образом характеристики двигателя при полной нагрузке (рисунок 1) позволяют определить ТТХ автомобиля (рисунок 2) и продолжить дальнейшие расчеты.

Внешние характеристики двигателя

Изображение полного размера

Тяговые характеристики для механической коробки передач

Изображение полного размера

Расчеты могут быть связаны с техническим обслуживанием/эксплуатацией автомобиля и его характеристиками. Различия в значениях индексов двигателя при (100, 75, 50, 30)% мощности приведены из-за того, что двигатель не всегда работает на полную нагрузку [1]. Характеристики двигателя при полной нагрузке и, следовательно, рабочие характеристики составляют основу для расчетов, связанных с транспортным потоком на дорогах или автоматизацией работы светофоров.

Характеристики двигателя при полной нагрузке могут быть использованы во многих аспектах, таких как моделирование движущегося автомобиля — работа с автоматической коробкой передач [2, 3], поведение кузова автомобиля [4, 5], работа в различных грунтовых условиях [6] , при перестроении [7] или оценке устойчивости движения – водитель транспортного средства в методе АДА [8].

Кроме того, введение указанных характеристик двигателя при полной нагрузке в качестве дополнительной информации позволяет проводить виртуальную диагностическую оценку в режиме реального времени (как было предложено An et al. [9].] или моделирование ускорения транспортного средства Stonys et al. [10]).

Характеристики двигателя при полной нагрузке также необходимы для вопросов безопасности, таких как влияние характеристик водителя и транспортного средства на решения водителя, связанные со скоростью на дорогах, а также безопасность дорожного движения Ротенгаттером и Дебрюином [11].

Наиболее простым методом расчета характеристик двигателя при полной нагрузке является применение соотношения Лейдермана–Хлыстова, коэффициенты которого устарели для современных автомобилей. С другой стороны, на основе коммерческого программного обеспечения (GT Suite) мы можем рассчитать характеристики, но рабочая нагрузка будет намного выше [12]. В этом случае исследования проводятся для конкретного типа двигателя, а в предыдущем случае допускаются обобщения.

Характеристики двигателя

Связь между мощностью P и крутящим моментом T определяется соотношением:

$$T = \frac{P}{2 \cdot \pi \cdot n}\;\left[ { {\text{N}}\cdot{\text{m}}} \right].$$

(1)

Для сравнения двигателей, что облегчает их применимость для эксплуатационных целей, коэффициент гибкости двигателя E  =  e _T e _n применяется как произведение коэффициента крутящего момента:

$$e_{T} = \frac{{T_{\text{max} } }}{{T_{P\text{max} } }}, $$

(2)

и коэффициент гибкости скорости двигателя:

$$e_{n} = \frac{{n_{P\text{max} } }}{{n_{T\text {max} } }}.$$

(3)

Значения гибкости различных групп двигателей приведены Гришкевичем [13], Мысловским и Колтуном [14], а для двигателя 1.9 TDi V.A.G by Szpica и Чабан [15], а также Шпица [16].

На практике возникает необходимость приближенного определения характеристик двигателя при полной нагрузке в случае, если нет подробных спецификаций производителя и известны только две точки характеристики: T _max at n _{T макс.} и P _макс. at n _{P макс.} . Тогда предположим:

$$\lambda = \frac{n}{{n_{P\text{max} } }}.$$

(4)

Обычно для карбюраторных двигателей без ограничения числа оборотов двигателя λ _max  = 1,15,…, 1,30; для остальных двигателей с ограничением частоты вращения двигателя λ _max  = 0,9,…, 1,15; для дизелей λ _max  = 0,9,…, 1,0. Расчеты обычно производятся из значений λ = от 0,2 до λ _MAX = N _{V MAX} / N _{P MAX} [17]. Где n _{v max} — частота вращения двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля. 9{2} }}{4 \cdot C}} \right).$$

(8)

Кроме того, для n  =  n _{P max} равенство

8 P

$$A + B — C = 1\quad \Rightarrow \quad C = A + B — 1. $$

(9)

По Гришкевичу [13] коэффициенты A , B и C могут применяться для бензиновых и дизельных двигателей, и их значения рассчитываются из: 9{2} \left( {1 — e_{T} } \right)}}{{e_{n} \left( {2 — e_{n} } \right) — 1}}.$$

(10 )

По Литвинову и Фаробину [19] для двигателей с искровым зажиганием, без ограничителя частоты вращения:

$$A = 2 — \frac{0.25}{{T_{0} }},\quad B = \left ( {\frac{0.5}{{T_{0} }}} \right) — 1,\quad C = \frac{0.25}{{T_{0} }},$$

(11)

где T ₀ — коэффициент превышения крутящего момента:

$$T_{0} = \frac{{T_{\text{max} } — T_{P\text{max} } }}{{T_{ P\text{max} } }} = \left( {e_{T} — 1} \right).$$ 9{2} }},\quad C = T_{0} \left( {\frac{{e_{n}}}{{e_{n} — 1}}} \right).$$

(13)

для двигателей без ограничителя скорости двигателя или контроллера скорости A Условие D P /D N = 0 для N = N _{P MAX} Уравнение должно быть выполнено:

$$ A + 2B — 3C = 0. $$

(14)

Методика расчета характеристик двигателя при полной нагрузке (скоростных характеристик) была представлена ​​Бортницким и Задорожным [18]. Для этого он использовал значения коэффициентов Лейдермана, соответствующие предложению Хлыстова (таблица 1).

Полная таблица

В зависимости от типа двигателя (бензиновый карбюраторный, дизельный с непосредственным впрыском, с форкамерой или вихревой камерой) можно определить характеристики, имеющие P _макс в n _{P макс} .

Другим решением является предложение Ленина, использующее одну из характеристик относительной скорости, показывающую связь между P / P _max и n / n _{P max} [18]. Зная значения для карбюраторных и дизельных двигателей (таблица 2), можно определить кривую P  =  f ( n ).

Полная таблица

Современные автомобильные двигатели в основном представляют собой бензиновые двигатели с впрыском топлива и турбонаддувом. В дизельных двигателях преобладают версии с турбонаддувом. В литературе не упоминаются двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе. Лишь Шпица и Чабан [20] обратили внимание на эту проблему и предприняли попытки первоначально оценить значения характерных параметров кривой мощности. Однако результаты были основаны на небольшой репрезентативной группе, и публикация носила лишь демонстративный характер.

Частичные данные для выбранных моделей двигателей предоставлены Мысловским и Мысловским [21], Прайвовским и Тарчинским [22], Прайвовским и Голебевским [23].

Отсюда предложение по более глубокому анализу темы вместе со сравнением с двигателями, которые напрямую не участвовали в исследовании.

При попытках описания характеристик дизеля, работающего на разных видах топлива, также используются полиномы, представленные Штоком [24], однако анализ был основан на нескольких вариантах без статистического анализа на большем числе выборок.

Материалы и методы

Предмет исследования

Исследования проводились на характеристиках двигателя при полной нагрузке, определенных на динамометрическом стенде. Двигатели были сгруппированы в:

• бензиновые двигатели с впрыском топлива — 237 шт.

• двигатели с впрыском топлива, бензиновые двигатели с турбонаддувом — 9 шт. Газ с искровым зажиганием, IV поколение — 23 шт.

• дизель без наддува — 11 шт.

• дизель с турбонаддувом — 175 шт.

  Методика исследования

  В исследованиях авторы использовали динамометр для шасси (LPS 3000 от Maha, рис. 3). Поскольку требовалась большая база данных результатов, сбор данных начался в 2004 году. Автомобили, ставшие объектами анализа, тестировались в рамках исследовательских проектов, занятий со студентами и рекламных мероприятий университета.

  Рисунок 3

  Схема процесса. 1. Испытанный автомобиль; 2. { 2} }}} \right].$$

  (15)

  В предыдущих исследованиях в начале исследовательского цикла проводились предварительные испытания. Они были направлены на проверку воспроизводимости результатов с одной стороны (в течение 3-х последовательно повторенных испытаний не было зафиксировано ошибок более 1% от диапазона измерения) и определение характеристик двигателя с полной нагрузкой при различных настройках скоростей трансмиссии с другой. Было замечено, что только передаточное отношение, близкое к 1, позволяет оценить полный диапазон измерений. Для овердрайвов возникает риск превышения максимального диапазона скоростей автомобиля, заявленного производителем. Также на испытательном стенде предусмотрена система безопасности от случайного схода автомобиля с катков во время испытаний. Это весьма важно, так как дизельные двигатели с турбонаддувом имеют быстро нарастающий крутящий момент при максимальном наддуве, что может привести к неуправляемому отрыву автомобиля от места стоянки. Системы динамометрии шасси рассчитывают проскальзывание между передней и задней осями, отслеживая скорость передних и задних роликов, и могут снизить нагрузку в опасных ситуациях.

  Технические данные испытательного стенда представлены в Таблице 3. Поскольку испытываемые автомобили не являлись собственностью университета, повторные испытания не проводились, а выводы были сделаны на основе предварительных испытаний.

  Таблица 3 Основные технические данные динамометра Maha LPS 3000 (Maha)

  Полноразмерная таблица

  Помимо динамометра шасси, неотъемлемой частью измерительной дорожки было программное обеспечение, выполненное в Matlab-Simulink, Руководство [25].

  9{ 2} ].$$

  (16)

  Минимизация проводилась численно с помощью безградиентного метода симплекса Нелдера-Мида [26]. Минимизация проводилась с использованием процедуры Matlab-Simulink, fminsearch [27].

  Благодаря правильному подбору коэффициентов A , B и C мы можем получить высокий уровень соответствия эксперимента модели. Качественная оценка идентификации проводилась путем определения средней и максимальной ошибки и коэффициента детерминации.

  Индекс FPE ₂ , представляющий среднюю ошибку, был определен по формуле:

  $$FPE_{2} = {\text{MEAN}}\left( {\frac{{\left| {P_{e } — P_{m} } \right|}}{{P_{e} }}} \right) \cdot 100\;\left[ \% \right].$$

  (17)

  Максимальная ошибка значение FPE ₃ :

  $$FPE_{3} = {\text{MAX}}\left( {\frac {{\left| {P_{e} — P_{m}} \right|} }{{P_{e} }}} \right) \cdot 100\,\left[ \% \right].$$

  (18)

  И коэффициент детерминации с поправкой на степени свободы 9{2} } }}} \right) \cdot 100\,\left[ \% \right].$$

  (19)

  Поскольку значения коэффициентов определены на основе полного диапазона определяемой полной нагрузки характеристики двигателя, были найдены значения A и B и на их основе рассчитано C Ур. (9).

  Для получения четкой и упорядоченной системы коммуникации в процессе идентификации в Matlab-Simulink, Guide [25] разработан интерфейс, показанный на рисунке 5. Блок-схема программы показана на рисунке 4.

  Рисунок 4

  Блок-схема программы идентификации в Matlab-Simulink, Руководство

  Изображение в натуральную величину отношения, процедуры и реализации, а также визуализацию результатов идентификации. В окне также отображается качество идентификации ( FPE ₁ , FPE ₂ , FPE ₃ и R ² ) и входные параметры. Идентификация инициируется кнопкой поиска.

  Рисунок 5

  Программная панель для идентификации параметров функций, созданных в Matlab-Simulink, Guide

  Изображение в натуральную величину

  Результаты и обсуждение

  использовал. Результаты для каждой из групп (количество единиц в группе, указанной выше) рассчитывались следующим образом: среднее значение, стандартное отклонение, коэффициент асимметрии (асимметрии), эксцесс, валидация t _тест , который позволяет вернуть тестовое решение для нулевой гипотезы о том, что данные в x получены из нормального распределения со средним значением, равным среднему значению выборки 0 неизвестной дисперсии. Альтернативная гипотеза утверждает, что распределение населения не имеет среднего значения, равного средней выборке. Результат ч равен 1, если тест отклоняет нулевую гипотезу на уровне значимости 5%, и 0 в противном случае (рис. 6).

  Рисунок 6

  Программная панель для статистических расчетов в Matlab-Simulink, Руководство

  Изображение в натуральную величину

  При анализе средних значений (Таблица 4) мы можем видеть различия в отношении значений, представленных Бортницким [18]. Только безнаддувные дизеля примерно соответствуют характерным значениям двигателей с форкамерой, что подтверждает правильность цитируемой работы. Впрыск топлива и дизель с турбонаддувом значительно изменили значения А и В и, следовательно, С . Стандартное отклонение для бензиновых двигателей с турбонаддувом указывает на то, что результаты значительно отклоняются от среднего, как и для дизелей с турбонаддувом. Это подтверждает, что соотношение Лейдермана–Хлыстова в этих случаях неверно.

  Таблица 4 Результаты идентификации: средние образцы, стандартное отклонение, коэффициент асимметрии бензин и сжиженный газ IV.

  Значение эксцесса, близкое к 3,0, указывает на нормальное распределение (таблица 5). Этому условию удовлетворяют только газовые двигатели I и II поколений и дизельные двигатели с турбонаддувом. Значения ниже 3,0 указывают на уплощение распределения, а значения выше 3,0 — на его сужение. Для бензиновых двигателей с впрыском топлива наблюдалось значительное уменьшение распределения, что подтверждает концентрацию результатов около среднего значения.

  Таблица 5 Результаты идентификации: эксцесс, доверительный интервал

  Полная таблица

  Доверительный интервал, при котором гипотеза о регулярности распределения с соответствием средних не отвергалась бы, оставался (для всех) ниже определенных критических значений на основе стандартного отклонения и размера отдельных образцов.

  Для обеспечения качественного анализа идентификации по каждому измерению (с указанием оборотов двигателя) были построены гистограммы, показывающие распределение ошибок и значение максимальной ошибки.

  Для бензиновых двигателей (рисунок 7), представленных 237 единицами, было замечено, что средняя ошибка FPE ₂ концентрируется ниже 2,5%, но не превышает 10%. Максимальная ошибка FPE ₃ в ряде случаев превышает 100%, что означает значительное отклонение одной из точек на характеристике модели от измерения. Как видим, существенные отклонения наблюдались для низких оборотов двигателя, где динамометр адаптирует нагрузку к текущим условиям, что опять же требует быстрой реакции от контроллера двигателя. Далее максимальная ошибка стабилизируется в районе 10%.

  Рисунок 7

  Средний, максимальный погрешный коэффициент определения конца для идентификации – инжекторный бензин

  Изображение в натуральную величину

  Бензиновые инжекторные и турбированные двигатели (рис. 8) были представлены всего 9 единицами, поэтому статистическая оценка была сложно. Было замечено, что максимальная ошибка FPE ₃ достигает пиковых значений при низких оборотах двигателя.

  Рисунок 8

  Средняя, ​​максимальная погрешность и коэффициент определения конца для идентификации — инжекторный, бензиновый с турбонаддувом

  Изображение полного размера

  Двигатели с искровым зажиганием на альтернативном топливе (СУГ I и II поколения, рис. 9), представленные 64 единицами, дали среднюю ошибку ( FPE ₂ ) около 2% и максимальную ошибку ( FPE ₃ ) 10%. Как и в предыдущем случае, мы видим значительное отклонение модели от эксперимента при низких оборотах двигателя. Аналогично двигатели на ГБО IV поколения (рисунок 10) представлены 23 единицами: средняя ошибка ( FPE ₂ ) около 2% и максимальная ошибка ( FPE ₃ ) 10%. Также наблюдалось отклонение на малых оборотах двигателя.

  Рисунок 9

  Средний, максимальный коэффициент определения конца ошибки для идентификации – газ с искровым зажиганием, I и II поколения

  Изображение в натуральную величину поколение

  Полный размер

  Дизельные двигатели без наддува (рисунок 11) в количестве 11 единиц показали наименьшие значения погрешности в среднем FPE ₂ прибл. 1% и максимум FPE ₃ прибл. 2%. Максимальная ошибка не возникает при низких оборотах двигателя, как в предыдущих случаях.

  Рисунок 11

  Средняя, ​​максимальная ошибка конца коэффициента определения для идентификации — дизеля без наддува

  Увеличенное изображение

  Для дизельных двигателей с турбонаддувом (Рисунок 12), представленных 175 единицами, наблюдалось среднее значение FPE ₂ колеблется ниже 5%, но не превышает 15%. Максимум FPE ₃ в некоторых случаях превышает 80%, но колеблется около 17%. В этом случае становится заметной проблема начала измерения, так как возникает дополнительная реакция турбокомпрессора. Лишь в 3 случаях наблюдалось возникновение максимальных ошибок вне диапазона низких оборотов двигателя.

  Рисунок 12

  Средняя, ​​максимальная погрешность конца коэффициента определения для идентификации — дизель с турбонаддувом (5) против всех зарегистрированных измерений в анализируемых группах.

  Сравнение бензиновых двигателей с впрыском топлива с эталонными характеристиками показывает, что средние значения колеблются около 0 отклонений (Рисунок 13). Наибольшие расхождения возникают в начале характеристики. Результирующий крутящий момент также указывает на усреднение результатов идентификации.

  Рисунок 13

  Результаты измерений и эталонные характеристики – инжекторный бензин

  Увеличенное изображение

  Бензиновые двигатели с турбонаддувом, как и безнаддувные, по своим результатам колеблются около 0 отклонения (Рис. 14), однако большее расхождение происходит при низких оборотах двигателя, из-за чего в этот момент значение опускается ниже 0.

  Рисунок 14

  Результаты измерений и эталонные характеристики — инжекторный бензин с турбонаддувом

  Изображение полного размера

  Двигатели на альтернативном топливе (I и II поколения LPG) можно сравнить с карбюраторным типом питания (один центральный источник топлива) . Поэтому функциональное описание этой характеристики в данном случае представляется корректным. (Тренд отклонения около 0 с расхождением при низких оборотах двигателя подтвердился, как показано на рисунке 15).

  Рисунок 15

  Результаты измерений и эталонные характеристики – искровое зажигание, СНГ I и II поколения

  Изображение в натуральную величину

  Двигатели, работающие на газе IV, по сравнению с представленными выше, имеют наилучшие результаты (рис. 16). Как мощность, так и результирующий крутящий момент демонстрируют наименьшие расхождения среди всех двигателей с искровым зажиганием.

  Рисунок 16

  Результаты замеров и эталонные характеристики — искровое зажигание ГБО, IV поколение

  Увеличить

  Дизельные двигатели легли в основу исследований Лейдермана, Хлыстова и Ленина. Мы видим меткость заявлений о функциональной корректности математического описания (рис. 17). Расхождения лишь превышали 10%, в среднем 0.

  Рисунок 17

  Результаты измерений и эталонные характеристики — безнаддувный дизель

  Изображение в натуральную величину

  Для дизельных двигателей с турбонаддувом видно, что модельная кривая одинаково колеблется около 0 отклонений. Тенденция расхождения опускается ниже 0 для низких оборотов двигателя (рис. 18).

  Рисунок 18

  Результаты замеров и эталонные характеристики — дизель с турбонаддувом

  Увеличенное изображение

  Сравнение всех модельных рядов с отмеченными показало необходимость модификации функционального описания как дизельных, так и бензиновых двигателей с турбонаддувом. Наддув направлен на увеличение крутящего момента на низких оборотах двигателя, что делает функцию более выпуклой. Позже авторы планируют ввести собственную функцию для описания этого типа двигателей.

  Оценка применения

  Для оценки применимости определенных коэффициентов использовались примерные характеристики двигателей из исследовательской группы. Анализ был ограничен одним двигателем для каждой группы, и результаты были представлены в Таблице 6.

  Таблица 6 Сравнение модели с экспериментом по максимальной мощности и крутящему моменту (5) для бензиновых двигателей и сравнения их с двигателем BMW 1,8 MPi мы видим, что значения сходятся (рис. 19).). Различия в мощности находятся в пределах ± 2%, отклонение диапазона в среднем составляет 1%. Аппроксимация модели дает разницу в максимальном крутящем моменте ок. 5 Нм при тех же оборотах двигателя.
  Рисунок 19

  Характеристики двигателя BMW 1.8 MPi при полной нагрузке

  Увеличенное изображение

  Бензиновый двигатель с турбонаддувом значительно отклоняется от модельных значений, что свидетельствует о неадекватности принятого варианта функции (Рисунок 20). И крутящий момент, и мощность отличаются своими пиковыми значениями и соответствующими оборотами двигателя. Различия в мощности не превышают 18%.

  Рисунок 20

  Характеристики двигателя Audi 1.8 T при полной нагрузке

  Изображение в натуральную величину

  LPG I и II поколения в этом сравнении представляют собой централизованную систему дозирования топлива. Пиковые значения мощности сходятся (рис. 21). Крутящий момент отличается чуть более чем на 1 Н·м, а соответствующая скорость — 300 об/мин. Разница не превышает 5%.

  Рисунок 21

  Характеристики двигателя при полной нагрузке Audi 1.8 LPG I

  Изображение в натуральную величину

  Аналогичная ситуация для двигателя Seat 1.8 LPGIV (Рисунок 22). Разница не превышает 5%. Рисунок 22 Разница не превышает 4% (Рисунок 23). При этом максимальные значения мощности и крутящего момента и соответствующие им частоты вращения показывают наименьшие расхождения среди сравниваемых двигателей.

  Рисунок 23

  Характеристики двигателя при полной нагрузке Renault 1. 9D

  Увеличенное изображение

  Модернизация турбокомпрессора на автомобиле (Toyota 2.0TD) показывает проблему неадекватности работы при резком увеличении крутящего момента на низких оборотах двигателя (Рисунок 24). В этот момент различия могут достигать 50%. Позже, однако, он стабилизируется около 5%.

  Рисунок 24

  Характеристики двигателя Toyota 2.0TD при полной нагрузке

  Изображение в натуральную величину

  Поскольку у авторов было несколько записанных характеристик карбюраторных двигателей (устаревших на сегодняшний день) они решили проверить правильность допущения 1 по значениям A , B и C . На примере двигателя VW 1.3 видно (рис. 25а), что значения определены правильно, но граничная разница составляет 15%.

  Рисунок 25

  Характеристики двигателя VW 1.3 при полной нагрузке

  Изображение в натуральную величину

  Наличие соответствующего программного обеспечения для идентификации, A  = 0,831731, B  = 1,205236 и C  = 1,036967. Таким образом была получена максимальная разница в 6% (рис. 25b).

  Выводы

  1. (1)

     В работе представлена ​​методика расчета полных характеристик двигателя на основе гиперболического уравнения, где при правильном выборе можно получить соответствие модели эксперименту (эти различия не превышают 5% в большинстве рассмотренных случаи).

  2. (2)

     Определены значения характеристических коэффициентов уравнения мощности для двигателей, которые еще не анализировались в литературе (LPG).

  3. (3)

     Подтверждена корректность представленных значений для старых вариантов топливных систем.

  4. (4)

     Применимость полученных значений была подтверждена сравнением с образцами двигателей, которые не были частью основного исследования.

  5. (5)

     Количество протестированных автомобилей с бензиновыми инжекторными и турбированными двигателями и дизелем без наддува оказалось недостаточным для статистической оценки.

  6. (6)

     Очень популярный в последнее время турбонаддув, особенно в двигателях с искровым зажиганием, вынуждает применять другие функции (например, полиномы) для описания характеристик двигателя.

  7. (7)

     Следует отметить, что количество тестируемых автомобилей было довольно низким по сравнению с количеством доступных марок, моделей выделенных групп автомобилей. Поэтому некоторые результаты были подкреплены названиями автомобилей, которые не должны служить основанием для оценки всей модельной группы данной марки.

  Примечательно, что объектами тестирования были случайные товары данной марки и модели, поэтому результаты были дополнены названиями производителей. Однако это не может быть основанием для оценки всего модельного ряда данной марки.

  Сокращения

  п :

  Частота вращения двигателя (рад/с) или (об/мин)

  Т :

  Максимальное значение крутящего момента (Нм)

  Р :

  Мощность (кВт)

  м :

  Количество точек идентифицированной кривой

  л :

  Количество значимых коэффициентов модели

  А, Б, С :

  Коэффициенты кривой

  макс. :

  Максимум

  Р _макс. :

  Соответствует максимальной мощности

  Т _макс. :

  Соответствующий максимальный крутящий момент

  и :

  Экспериментальный

  м :

  Модель

  –:

  Среднее

  ФПО :

  Ошибка окончательного прогноза

  СНГ:

  Сжиженный нефтяной газ

  VAG:

  Фольксваген Ауди Группа

  Ссылки

  1. Д. Шпица, Дж. Пивник, М. Сидорович. Характеристики накопления движения как показатель устойчивости взаимодействия двигателя внутреннего сгорания с ресивером. Механика , 2014, 20(1): 108-112.

     Артикул Google ученый

  2. Х. С. Джо, Ю. И. Парк, Дж. М. Ли и др. Исследование по улучшению характеристик переключения автоматической коробки передач легкового автомобиля. Международный журнал по проектированию транспортных средств , 2000, 23 (3-4): 307-328.

     Артикул Google ученый

  3. Габдуллин М.Р., Филькин Н.М., Музафаров Р.С. Разработка КЭСУ с автоматической бесступенчатой ​​трансмиссией очень маленького легкового автомобиля (квадроцикла) . Ижевск: Ижевский государственный технологический университет, 2012. С. 129-136. (на русском языке)

  4. М Койч, Д Обрадович, З Богданович. Динамический анализ двигательной группы автомобиля с нелинейными характеристиками опор и произвольным движением кузова автомобиля. Международный журнал по проектированию транспортных средств , 2001, 26 (5): 523-540.

     Артикул Google ученый

  5. Ю. К. Ли, К. С. Хан. Метод прогнозирования характеристик динамического поведения транспортного средства с использованием теории винтов — часть I. Труды Института инженеров-механиков, часть D: Journal of Automobile Engineering , 2008, 222 (D1): 65-77.

     Google ученый

  6. Л Ли, К Санду. О влиянии массы груза, параметров автомобиля и характеристик местности на прогнозирование тягового усилия автомобилей повышенной проходимости. Журнал Террамеханики , 2007, 44 (3): 221-238.

     Артикул Google ученый

  7. С. Моридпур, Г. Роуз, М. Сарви и др. Влияние характеристик окружающего движения на решение водителей большегрузных транспортных средств о смене полосы движения. Дорожные и транспортные исследования , 2012, 21(3): 19-33.

     Google ученый

  8. R Pueboobpaphan, B van Arem. Характеристики водителя и транспортного средства, а также устойчивость взвода и транспортного потока. Понимание отношений для проектирования и оценки кооперативного адаптивного круиз-контроля. Протокол транспортных исследований , 2010, 2189: 89-97.

     Артикул Google ученый

  9. G An, ​​Z Y Wang, C Q Zhang и др. Измерение крутящего момента и анализ характеристик состояния силовой передачи автомобиля. Материалы 6-го Международного симпозиума по испытаниям и измерениям (ISTM) (изд. TD Wen) , Далянь, Китай, 1-4 июня 2005 г., 1-9: 4556-4560.

  10. А. Стонис, Дж. Сапрагонас, С. Мокус. Метод аналогии для описания внешней характеристики двигателей внутреннего сгорания. Транспорт , 2004, 5(XIX): 214-218.

      Артикул Google ученый

  11. Т. Ротенгаттер, Р. Де Брюин. Влияние отношения водителей и характеристик транспортного средства на выбор скорости на автомагистралях и последствия для безопасности. International Journal of Vehicle Design , 1998, 9(4-5): 579-585.

      Google ученый

  12. Ф. Равски, Д. Шпица. Методы моделирования, применяемые при исследовании впускной системы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Przeglad Mechaniczny , 2005, 2: 14-19. (на польском)

      Google ученый

  13. Гришкевич А.И. Теория автомобилей . Минск: Высшая школа, 1986.

      . Google ученый

  14. Я Мысловски, Я Колтун. Гибкость поршневых двигателей внутреннего сгорания . Варшава: WNT, 2000. (на польском языке)

      . Google ученый

  15. Д. Шпица, Дж. Чабан. Гибкость легковых автомобилей с дизельными двигателями на примере группы 1,9TDi фирмы Фольксваген. Двигатели внутреннего сгорания , 2011, 3 (50): 1-6. (на польском)

      Google ученый

  16. Д Шпица. Коэффициент гибкости двигателя как основа для оценки тяговых качеств автомобиля. Китайский журнал машиностроения , 2019, 32:39. https://doi.org/10.1186/s10033-019-0352-8.

      Артикул Google ученый

  17. Чернышев В.А. Тягово-динамический и топливно-экономический расчет автомобиля: Методические рекомендации к выполнению курсовой работы . Москва: Российский государственный аграрный университет, 2002.

      . Google ученый

  18. Бортницкий П.И., Задорожный В.И. Тягово-скоростные характеристики автомобилей . Минск: Высшая школа, 1978.

      . Google ученый

  19. Литвинов А.С., Фаробин Ю.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств . Москва: Машиностроение, 1989.

      . Google ученый

  20. Д. Шпица, Дж. Чабан. Уравнение Лейдемана и современная конструкция двигателя внутреннего сгорания. Przeglad Mechaniczny , 2010, 6: 24-29. (на польском)

      Google ученый

  21. Дж. Мысловски, Дж. Мысловски. Корректировка коэффициентов формулы Лейдемана с учетом требований технического состояния. Двигатели внутреннего сгорания , 2007, SC2: 418–423.

  22. К. Прайвовский, Г. Тарчинский. Аналитическое определение парциальных мощностных характеристик по формулам Лейдемана. Архив Автомобилестроения , 2005, 1: 49-57. (на польском)

      Google ученый

  23. К Прайвовски, В Голебевски. Аналитическое определение характеристик мощности двигателя Fiat 1.3 JTD. Журнал KONES Powertrain and Transport , 2014, 21(2): 267-272.

      Артикул Google ученый

  24. Т Стоек. Математическое описание внешних характеристик двигателей с воспламенением от сжатия, работающих на различных видах топлива. Архив Автомобилестроения , 2010, 2: 111-118. (на польском)

      Google ученый

  25. С. Т. Смит. Расширенная разработка графического интерфейса Matlab . Индианаполис: Издательство Dog Ear, 2006.

      . Google ученый

  26. Дж. К. Лагариас, Дж. А. Ридс, М. Х. Райт и др. Свойства сходимости симплекс-метода Нелдера-Мида в малых размерностях. Журнал SIAM по оптимизации , 1998, 9(1): 112–147.

      Артикул MathSciNet Google ученый

  27. В. И. Ян, В. Цао, Т. С. Чанг и др. Прикладные численные методы с использованием MATLAB . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc., 2005.

      Книга. Google ученый

  Ссылки на скачивание

  Вклад авторов

  DS отвечал за всю рукопись. Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.

  Информация об авторах

  Дариуш Шпица, 1971 г.р., в настоящее время является доктором инженерных наук на факультете машиностроения Белостокского технологического университета, Польша . Его исследовательские интересы включают подачу топлива в двигатели внутреннего сгорания.

  Конкурирующие интересы

  Автор заявляет об отсутствии конкурирующих интересов.

  Финансирование

  Исследование выполнено в рамках работы №. S/WM/1/2018 реализовано в Белостокском технологическом университете и финансируется за счет средств, выделенных на науку Министерством науки и высшего образования Польши.

  Информация о авторе

  Авторы и принадлежности

  1. Департамент машиностроения, Технологический университет Биалистока, 15-351, Биалисток, Польша

     9494949.
     1. 314S

        .SICANS .SICAS

        .SICA 9105

     2. 4.SICA

        .SICA

        4944949494
     3. 3330

     . Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  Автор, ответственный за корреспонденцию

  Дариуш Шпица.

  Права и разрешения

  Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и укажете, были ли внесены изменения.