КОРРЕКТНОСТЬ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  МЕХАНИЧЕСКОГО  КПД  ТРАНСМИССИИ  АВТОМОБИЛЬНЫХ  ПЕРЕДАЧ  В  СИСТЕМЕ  УЧЕТА  ФАКТИЧЕСКИХ  ВЫБРОСОВ

Бадалян  Липарит  Хачатурович

канд.  техн.  наук,  доцент  ДГТУ,  г.  Ростов-на-Дону

Курдюков  Владимир  Николаевич

канд.  экон.  наук,  доцент  ДГТУ,  г.  Ростов-на-Дону

Е-mail:  kurdvn@mail.ru

Овчаренко  Алла  Михайловна

аспирант  ДГТУ,  г.  Ростов-на-Дону

Гавриленко  Татьяна  Борисовна

ст.  преп.  ДГТУ,  г.  Ростов-на-Дону

Исследования  выполняются  при  финансовой  поддержке  РФФИ  (проект  №  12-06-33037,  мол_а_вед)

Продолжающееся  снижение  качества  окружающей  среды,  в  немалой  степени  обусловленное  сомнительной  достоверностью  исходных  данных  мониторинга  свидетельствует  о  низкой  эффективности  экологической  политики.  В  связи  с  тем,  что  основным  источником  антропогенной  нагрузки  на  воздушный  бассейн  городов  являются  автомобили,  возникает  необходимость  обеспечения  адекватной  намеченным  целям  (переход  к  устойчивому  развитию)  информацией  о  выбросах  вредных,  токсичных  и  канцерогенных  веществ  транспортными  средствами. 

Недостатки  теоретических  подходов  к  расчету  продуктов  эмиссии  вынуждают  говорить  о  целесообразности  формирования  системы  учета  фактических  масс  выбросов  автотранспортом  на  территории. 

В  основе  логичного  и  прозрачного,  с  точки  зрения  понимания  процесса  загрязнения  атмосферного  воздуха,  метода  используются  зависимости  объемного  (или  массового)  расхода  отработавших  газов  и  концентрации  в  них  микропримесей  от  эффективной  мощности  и  взаимосвязанного  с  ней  коэффициента  избытка  воздуха  [3].  В  этом  случае  одной  из  задач  в  алгоритме  расчета  действительных  масс  выбросов  является  нахождение  механического  КПД  трансмиссии.  Для  оценки  потерь  передачи  энергии  от  двигателя  к  ведущим  колесам  автомобиля  и  в  случае  торможения  двигателем  в  исследованиях  используют  «прямое»  и  «обратное»  его  значение  соответственно,  причем  расхождение  в  величинах  несущественно  в  сравнении  с  точностью  определения  параметров.  Как  правило,  применяют  термин  механический  КПД  трансмиссии  (без  уточнения  направления),  обозначая  его  . 

Механический  КПД  трансмиссии  автомобильных  передач  выражается  функцией  крутящего  момента  на  валу  двигателя  (M,  Нм),  который,  как  известно,  зависит  от  эффективной  мощности  (N_е,  Вт)  и  частоты  вращения  двигателя  (n,  с^-1).  Нередко  в  технической  литературе  можно  встретить  «упрощенное»,  а  по  сути  некорректное  представление  этих  характеристик  в  виде  отношения  текущего  значения  к  максимальному,  при  этом  для  получения  нуля  в  нижней  части  диапазона  изменения  величин  вводятся  дополнительные  условия.  Тем  не  менее,  взаимосвязь  нагрузочных  характеристик  для  автомобилей  транспортного  потока,  различных  по  назначению  и  типу  двигателя,  удобно  показывать  в  относительных  единицах.  Подобная  форма  преобразования  натуральных  величин  в  числовую  шкалу  (от  нуля  до  единицы)  позволяет  отобразить  переменные  легко  интерпретируемыми  функциями  и  сократить  их  разброс.  Перевод  M,  N_е  и  n  в  кодируемые  параметры  осуществляется  с  помощью  выражений 

  (1), 

  (2), 

  (3),

где:  ,  M_min  и  M_ном,  ,  N_min  и  N_ном,  ,  n_min  и  n_ном  —  относительные,  минимальные  и  номинальные  значения  крутящих  моментов  на  валу,  мощностей,  частот  вращения  коленчатого  вала  (номинальные  и  минимальные  значения  априори  известны,  минимальные  значения  соответствуют  режиму  холостого  хода,  т.е.  M_хх,  N_хх,  n_хх). 

Работа  автомобильных  двигателей  на  режиме  холостого  хода,  также  как  и  на  других  режимах,  сопровождается  затратами  мощности  и  эмиссией  поллютантов,  хотя  передача  мощности  от  коленчатого  вала  к  ведущим  колесам  не  происходит.  В  этом  случае  крутящий  момент  на  валу  и  эффективную  мощность  в  формулах  (1  и  2)  следует  считать  текущими  значениями.  При  расчете,  например,  объемного  или  массового  расхода  микропримесей  на  холостом  ходу  вместо  эффективной  и  относительной  мощности,  равных  нулю  (N_е    и  ),  следует  подставлять  фиксированные  значения  мощности  двигателя  на  холостом  ходу.

Во  избежание  неоправданной  сложности  представления  характеристик  процесса  в  практических  расчетах  предлагаются  зависимости  нагрузочных  параметров,  соотношение  которых  решено  проиллюстрировать  формулами,  полученными  в  результате  обработки  экспериментальных  и  теоретических  данных  исследований  [4]  разных  типов  двигателей  по  способу  воспламенения  рабочей  смеси  (таблица).  Формулы  для  расчета  текущих  характеристик  получены  подстановкой  минимальных  и  максимальных  значений  параметров  в  формулы  (1—3). 

Таблица  1.

Соотношение  нагрузочных  характеристик.  Формулы  расчета  относительных  крутящих  моментов  двигателей

продолжение  таблицы  1.

Примечание.  В  современных  транспортных  карбюраторных  двигателях  M_min  соответствует  значение  N_e,  отличающееся  от  N_ном  не  более,  чем  на  1  %  (принято  N_e  =  N_ном),  и  значение  n  на  (7—10)  %  большее  n_ном  (принято  8  %-ное  расхождение)

Кроме  того,  на  основании  опытной  и  расчетной  информации  аппроксимированы  аналитические  зависимости  относительной  частоты  вращения  от  относительной  мощности  двигателей:

дизельных

                           (4)

(),

с  электронным  впрыском  топлива

                           (5)

(),

карбюраторных

                           (6)

().

(  —  отношение  суммы  произведений  квадратов  отклонений  значений  величины  от  ее  среднеарифметического  на  соответствующие  частоты  наблюденного  значения  данной  графической  зависимости  к  аналогичному  выражению  выбранной  параметрической  модели).

Правые  части  формул  (4—6),  подставленные  вместо    в  знаменатели  выражений  для  определения    (см.  таблицу),  существенно  упрощают  нахождение  относительного  крутящего  момента  на  валу.

Анализ  литературных  источников  и  компьютерные  исследования  [1,  2]  нагрузочных  режимов  позволили  представить  зависимости    от    в  виде  функции  гиперболического  вида  и  экспоненциальной  функции  формулами  (7  и  8): 

для  дизельных  АТС

                                  (7)

(),

для  АТС,  работающих  на  бензине

                                (8)

().

(Разделение  автомобилей  по  типу  двигателя  оправдано  особенно  при  малых  значениях  относительного  крутящего  момента:  дизельному  двигателю,  в  отличие  от  бензинового,  соответствует  большая  эффективная  мощность  при  малой  частоте  вращения  деталей  трансмиссии).

Таким  образом,  представляя  относительный  крутящий  момент  соответствующими  функциями  относительных  мощностей  для  разных  типов  двигателей,  можно  с  достаточной  для  практических  расчетов  точностью  определить  механический  КПД  трансмиссии  автомобильных  передач,  что  значительно  упрощает  расчет  массы  эмиссии  загрязняющих  веществ.

Список  литературы:

1.Александров  И.А.  Расчет  коэффициентов  полезного  действия  механических  трансмиссий  с  учетом  нагрузочных  режимов  —  Вологда:  ВоПИ,  1992.  —  47  с.

2.Бадалян  Л.Х.  Математическая  модель  загрязнения  воздушной  среды  автотранспортными  средствами.  //Автомобильная  промышленность.  —  2009.  —  №  11.  —  С.  14—16. 

3.Бадалян  Л.Х.,  Курдюков  В.Н.,  Алейникова  А.М.  Теоретические  основы  системы  учета  фактических  выбросов  загрязняющих  веществ  автотранспортом  //  Безопасность  жизнедеятельности.  —  2013.  —  №  5.  —  С.  31—37. 

4.Колчин  А.И.,  Демидов  В.П.  Расчет  автомобильных  и  тракторных  двигателей:  учеб.  пособие  для  вузов  —  3-е  изд.,  перераб.  и  доп.  —  М.:  Высш.  шк.,  2003  —  496  с.