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混凝土搅拌车燃油经济性影响因素改善

主题:发动机工况图 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2023-12-17

简介:关于对不知道怎么写工况发动机论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文工况发动机论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。

工况发动机论文范文

发动机工况图论文

目录

  1. 发动机工况图:富康02自由人改ECU后发动机工况

许美星

XU Mei-xing

北京福田戴姆勒汽车有限公司北京101400

摘 要:通过对混凝土搅拌运输车产品使用工况的研究和结合其能量消耗的特点,分析了该类车型燃油经济性影响的重要因素,并依据其影响因素的相关特性,研究了燃油经济性计算的方式方法和整车动力线匹配的合理性,为提升该类产品的燃油经济性提供了参考.

关键词:混凝土搅拌运输车底盘燃油经济性影响因素

中图分类号:U469.6+5.01文献标志码:A文章编号:1004-0226(2016)08-0098-04

l前言

随着国内用户对油耗的关注度越来越高,燃油经济性成为客户评价汽车产品的重要指标.近年来市场上时常有客户抱怨车辆油耗高的问题,为提升产品竞争力,体现客户切身价值利益已是迫在眉睫.混凝土搅拌运输车(简称为搅拌车)属于发动机取力驱动上装功能实现的典型产品,在搅拌车装载以及运输水泥过程中,为防止物料离析等,上装搅拌筒处于一直运转的状态.因此,搅拌车常用载荷以及工况相对较为规范,通过科学的动力匹配计算方法与实际车辆的运行工况占比,总结整车使用规律并进行摸底测试,最终体现整车合理匹配以及发动机控制策略的方法达到降低油耗的目的.此方法效果显著,对汽车产品提升燃油经济性具有重要的借鉴意义.

发动机工况图:富康02自由人改ECU后发动机工况

2搅拌车燃油经济性影响因素分析

2.1搅拌车整车的能量;肖耗分布

影响车辆燃油经济性的因素存在于人、车、货、路、天等各个方面,混凝土搅拌车与通用车辆有着明显的产品特点,本文将结合搅拌车整车的能量消耗分布仅从使用和设计两方面来分析研究燃油经济性的影响.通过实际使用研究,某满载40t的搅拌车每小时使用能量为400 kW/h,经多次试验测得底盘行驶耗能占78%,其中包含克服空气阻力耗能18%、发动机及附件耗能18%、克服轮胎滚动阻力耗能13%、传动系统耗能2%、辅助载荷耗能4%;其余22%能量被上装取力所消耗,克服搅拌筒搅拌阻力消耗18%、克服搅拌筒与支撑系统的摩擦阻力消耗4%.

2.2搅拌车使用IR测试试验摸底

为研究需要,该项目安排了ISG4—350、ISG5—380、WP10.336E40和WP12.375E40匹配的四台搅拌车进行实际工况下的油耗对比试验,即试验路段基本一致,不换司机,数据采集时间4天.油耗记录同时采用两种方式:一种是以记录的实际里程及加油量计算油耗;另一种方法通过数据采集器记录柴油机运行工况,同时也记录总线油耗,两种方式互相校验.

通过4台车样本数据表明:工况时间占比基本相同,其中停车工况占60%,行驶工况占40%,如图1所示.油耗占比基本相同,其中停车工况占12%,行驶工况占88%,如图2所示.

从图1各工况时间占比中可知,发动机处于小负荷、低转速工况下时,运行时间较长.发动机转速、扭矩主要集中在600~700 r/min和0~200 N-m区域,0—200 N-m占使用比例的65.7%,常用车速在30~50 km/h范围;此数据表明,怠速工况使用比例大,因此降低怠速工况的燃油消耗则将为降低油耗贡献最大(如图3).

通过行驶工况中的发动机工况点的数据采集分析,发动机转速和扭矩分布范围广泛,发动机转速有很大一部分工作在高转速,高转速外特性工况点占比较大.行驶过程中,可测试出常用车速范围有两个区间,即30~50 km/h(满载行驶)和60~80 km/h(空载返回).从数据上看,司机普遍跑得比较“猛”,基本上会运行在最高车速附近.转速基本都达到了1 900~2 000 r/min,司机挡位运用偏高5挡以上均占有较大比例.然而,主要油耗还是处在35—50 km/h中的低速工况.

2.3搅拌车燃油经济性主要影响因素

影响汽车燃油经济性的因素是多方面的,其中重要因素是发动机性能与动力匹配.同时,还有其他因素的影响,包括汽车的构造、驾驶员技术和道路情况等(如图4).本项目研究去除驾驶员、行驶环境、车辆行驶状况、整车自重等因素干扰,不同排放水平的技术策略对发动机油耗的影响也不作为本次研究的项目.结合上述试验研究得出的结论,整车匹配、发动机技术、上装取力、运行工况应作为降低油耗重点关注的主要因素.

3搅拌车燃油经济性重点研究策略

3.1搅拌车匹配技术策略

3.1.1搅拌车使用工况及技术指标

搅拌车使用工况较为突出,运距短,搅拌筒一直运转,发动机多处于怠速工况.结合搅拌车的整体使用过程,按照装卸料情况划分为怠速长、短类;动力系统匹配的目的是使整车的动力性及燃油经济性达到最佳的前提下,符合行业标准及法规的要求(排放、油耗、噪音),更能满足传动系统的扭矩匹配、空间布置和质量要求.其指标体系为:a.动力性指标(最高车速、加速时间、最大爬坡度),b经济性指标(等速百公里油耗、6种工况或其他工况油耗),c其他指标(加速/换挡平顺性、振动噪音).

3.1.2搅拌车匹配技术策略

a优化整车传动系速比,提高传递效率.采用直接挡变速箱增加挡位数,减小速比级差,使发动机集中工作区域在经济转速范围内,提高燃油经济性,并使运行平顺性改善;采用小速比后桥,通过传动速比优化,同时调整后桥的预紧力、润滑以及加工精度来调整后桥驱动扭矩,己达到提升后桥的传递效率来降低油耗.

b.合理选择轮胎的花纹,降低轮胎的滚动阻力.轮胎匹配中根据使用工况区分花纹,搅拌车车型工况相对规范,超载不严重,可以考虑匹配直条花纹.经过试验对比,直条花纹轮胎滚动阻力较小,较混合花纹等速油耗节省1%左右.

c.降低发动机运行转速.用户对搅拌车的最高挡车速是有需求的,按目前通常的配置,发动机转速很高.因此在保证动力性需求的前提下,降低发动机转速100~200 r/min,同时发电机功率消耗也降低,通过降低摩擦扭矩来降低摩擦功的方法来达到降低燃油消耗.

另外,在发动机附件方面,减小风扇直径5%左右,减少冷却系统出气流量和发动机小循环流量,提高冷却系统的平均水温,以减少风扇运行时间;同时,通过降低散热器水箱以及循环管路流阻以提高进风量,可减少水泵的消耗功率,从而达到降低油耗0.5%左右.在工况测试允许的情况下,降低转向泵系统压力(约降低1MPa,功率减少0.7 kW),同时降低转向泵转速也可降低功率消耗(此项仅应用于10 L及以下发动机).

发动机的万有特性对燃油经济性的影响若单从万有特性曲线看,最低燃油消耗区的面积越大越好,发动机经济转速范围越宽越好,整车行驶时的发动机工作点越靠近最低燃油消耗区中心越好.由于发动机采购于不同的厂家,主机厂不好控制实施.在空气阻力方面,大多数的影响来自于车辆运行中车身表面的压力差异,由于试验的样车车身已经运用统筹的空气动力学设计,故本项目对此不进行研究.

3.2上装动力消耗研究策略

搅拌车作为一种专用车,其显著的特点是发动机为上装提供全功率取力.发动机动力输出可分为两部分,一部分动力用于车辆的正常行驶,另一部分动力用于上装罐体的旋转.由于驱动上装运转所需功率跟装载混凝土方量、车辆行驶状态、发动机转速、上装状态等多种因素有关,上装动力传递路线如图5所示.上装所消耗功率相对于发动机功率来说很小.目前,多数主机厂在计算整车性能时通常会忽略上装所消耗的功率,默认为发动机输出功率全部用于底盘.但在市场竞争日趋激烈的今天,车辆性能质量的提升显得尤为重要,并且随着搅拌车装载量的加大,上装所需功率也逐渐加大.因此,在整车性能计算时必须把上装消耗功率考虑进去.上装搅拌筒驱动阻力矩由搅拌筒与支承系统的摩擦阻力矩和搅拌阻力矩共同组成,依据一般搅拌车消耗能量分布图可知上装取力功率消耗占22%(如图6),对提高整车燃油经济性贡献度也很大.

3.2.1发动机为驱动搅拌筒消耗的功率计算

搅拌筒的需求驱动功率:

P罐=M·n罐/9 550 (1)

由于传动效率的存在,发动机实际为上装提供的功率要比搅拌筒驱动功率要大,其计算公式为:式中,P为发动机为驱动搅拌筒消耗的功率,kW;n传动轴为取力器至液压油泵的传动轴的传递效率,98%;‰蔡为传动轴至液压油泵的传递效率和液压柱塞油泵的机械效率之乘积,95%×92%, n马达为液压油泵至液压马达的传递效率和液压马达的机械效率之乘积,95%×92%,n减速机为液压马达至减速机的传递效率,二级行星齿轮的机械效率为(98%)2.

计算可得:叩总=70.5%

依据现有搅拌车上装结构形式,搅拌筒驱动力矩主要由两部分组成,一部分为搅拌简体与其支撑机构之间的摩擦阻力矩,另一部分为搅拌筒搅拌阻力矩;其中摩擦力矩计算较为简单,数值也较小,而搅拌筒搅拌阻力矩最为复杂.通过查阅资料以及咨询相关专业人员,在诸多计算方法中,有的计算繁琐,有的与实际偏差较大.结合各改装厂的实际应用,最终选定来源《混凝土搅拌输送车搅拌筒驱动阻力矩和驱动功率的计算》的经验公式…,公式推导数据来源陕西中大机械集团有限责任公司所提供实验数据,通过实验得出多组装载容积以及驱动扭矩的数据,根据数据画出搅拌容积扭矩曲线图,这种曲线拟合计算法,以实验结果作依据,方法简便,计算值与实际值差别小,但对于超大方量的车型仍需实验验证.

该经验公式:

M=2 763.64+5 336.36V (4)

式中,M为搅拌筒的驱动扭矩,N-m:V/J搅拌简装载容积,m3.

n罐=n泵v泵βη泵η马达/(v马达i)(5)式中,b为液压油泵的转速,与发动机转速相等,r/min, V泵为液压油泵的排量,一般取90 ml/r,口为液压油泵实际工作排量百分比,在车辆行驶中取28%,泵为液压油泵工作时的容积效率,92%,N为液压马达工作时的容积效率,92%V为液压马达的排量,福田雷萨用的液压马达的排量90 ml/r沩减速机的减速比,其不同方量匹配减速机的减速比值由上装厂提供,如表1所示.

综上,行驶过程中,为维持上装搅拌筒转动,发动机消耗的功率为P:

P-(0.097+0.188V)n发达机/i (6)

驱动搅拌筒转动的力矩为T

T=9 550P/n=9 550(0.097+0.188V)/i (7)

由式(7)可得出结论,搅拌车上装在运输途中需要发动机提供一个驱动力,以驱动搅拌筒自转:驱动力大小与发动机转速无关,与搅拌筒容积和减速机速比有关.

3.2.2发动机匹配计算方法研究

某发动机原外特性参数如表2所示.采用该发动机的外特性减去取力器口对应发动机提供驱动力数值,得出新的发动机外特性参数.选取12 m3搅拌车为例,由公式(7)可计算出,为维持上装搅拌罐转动,上装需要发动机提供的驱动力矩为187 N-m(如表3),发动机消耗的功率可以用公式(6)计算出,最终得出此外特性数据,即为实际作用在底盘上的外特性数据(如表4).

该方法的优点是外特性直接修正,计算简便;缺点是直接对万有特性做减法,相当于修改了万有特性一些数据,对油耗影响的准确性需要后期大量的实验数据验证.

在行驶工况中,取力器输出的功率随着发动机转速升高而逐渐增大,且上装装载方量越大消耗功率越大;因此取力器输出扭矩随上装装载方量增加而增大,当上装装载质量一定时,输出扭矩为一定值:此外,上装取力是否会影响到最高车速与车型的配置、满载质量、发动机外特性等因素呢?其实,当发动机的储备功率足够提供上装需求的功率时就不会影响最高车速,反之则影响.因此它具有不确定性,建议在燃油经济性计算中仍然应对搅拌车上装取力考虑进去.

3.3怠速降油耗方法研究

搅拌车停车时发动机主要工作于怠速转速,如果能够降低怠速时的油耗,对整体油耗会有较大改善.

发动机怠速工况占整个发动机工况的50%以上,怠速降低100~200 r/min,使发动机工作在经济区间,同时结合搅拌车起步加速和减速工况都非常频繁,需对整车电控特性( VAM)进行标定.如果占比时间能够调整,便能够实现节能的最大化.这就需要发动机,变速器、车桥以及驾驶员多方的匹配最优化,利用其发动机拥有的丰富的电控功能,安装多工况开关.司机根据车辆行驶的道路与实际负载的情况,选择E(经济挡Economy,空车、怠速)、B(标准挡Balance,平原、高速)或P(动力挡Power,超载、爬坡),以确保发动机始终处在燃油经济区间运行.实验表明,通过调整发动机特性实现多工况的适应性调整,尤其是怠速工况调整至经济挡位,能降低油耗4%左右.

目前该开关,需要驾驶员判断并进行人为调节,若整车路况或负载多变时司机不能及时调节,容易造成车辆油耗偏高或动力不足,致使多功率省油开关节油效果不能完全发挥.针对此问题,需各发动机工厂开发智能的多工况调节开关.

4结语

搅拌车目标场动力性需求需满足满载时速度为40~50km/h,最高车速在70 km,h以内,低速大扭矩发动机要求起步性能好,在工地等恶劣路况下通过性好.其目标市场经济性需求与行业内主要竟品相比,主机厂整车油耗水平若能在现有基础上降低综合燃油消耗2~3 11(100 km),便可有效提升产品竞争力.

本文根据试验数据采集、分析工况特点,以研究该车型的主要影响因素,通过合作的零部件厂家采取有效控制策略,己达到降低整车油耗的目标值,希望对其他平台车辆提升燃油经济性有所借鉴.

总结:本论文是一篇免费优秀的关于工况发动机论文范文资料。

发动机工况图引用文献:

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[2] 工况在职毕业论文范文 造粒机类论文如何写10000字
[3] 公共场所卫生检测慨况的论文
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