Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ першого (бакалаврського) рівня вищої освіти Тема проекту: «Обґрунтування параметрів гібридної силової установки автомобіля». Виконавець: Мирошник Олександр Олександрович Керівник: доцент Осетров Олександр Олександрович Харків 2022 ВСТУП Проблема забруднення навколишнього середовища дуже актуальна в даний час, оскільки від її вирішення залежить життя на Землі, здоров'я і добробут людини. Метою дипломного проєкту є розробка автомобільного двигуна потужністю 80 кВт та обґрунтування параметрів гібридної силової установки автомобіля, що має у складі цей двигун. ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА СИСТЕМ ДВИГУНА № з/п Параметр Двигун 1 Заводська марка двигуна 2KD-FTV G16B F3R RFМ F16D3 Toyota Suzuki, Cleon Plant Suzuki, Motor GM DAT, 2 Фірма,виробник, країна Sagara Plant, Aguascalientes plant, Sagara Plant, Company, Південна Корея Японія Франція Японія Японія 3 Номінальна потужність, кВт 80 82 82 85 80 4 Призначення автомобільний Номінальна частота 5 6000 5800 5400 6000 6000 Обертання, хв-1 6 Діаметр циліндра, мм 92 75 93 86 79 7 Хід поршня, мм 81,4 90 82,7 86 81,5 8 Ступінь стиску 18,5 8,9-9,5 9,8 20,5 9,5-10 Максимальний крутний момент, 9 150 134 168 184 150 Нм 10 Витрата палива л/(100км.сум.) 8,5 8,6 8,4 7,7 7,3 Згідно завдання до дипломного проекту двигун для гібридної силової установки автомобіля Chevrolet Lacetti повинен мати потужність 80 кВт. Параметри автомобільних двигунів різних відомих виробників, що мають потужність, близьку до заданої наведено в таблиці Значення Прийняті № Найменування параметру параметра з Джерело значення літератури 1 Ефективна потужність Ne, кВт - За завданням 80 2 Термін служби до 6000-12000 10000 капітального ремонту, T, год 3 Частота обертання 5000-8000 Як у прототипа 5800 колінчатого валу, n , хв−1 4 Хід поршня 0,064-0,095 Як у прототипа 0,0815 S, м 6 Діаметр циліндра , D, м 0,068-0,09 Як у прототипа 0,079 7 Робочий об’єм циліндра, Vh, - 𝜋 ∗ 𝐷 2 3,995*10-4 м³ 𝑉ℎ = ∗ 𝑆4 8 Середній ефективний тиск, Прийнято у Pe, МПа 0,6-1,2 першому 1 наближенні 9 Число циліндрів, z - 0,12 ∗ Ne 4 𝑧 = z ∗ Vh ∗ n 1 Середній ефективний тиск - 0,12 ∗ 𝑁𝑒 1,03 0 𝑃𝑒 =(уточнене значення), Pe, МПа 𝑧 ∗ 𝑉ℎ ∗ 𝑛 1 Літрова вага, gл, кг/л 70 [4], табл. 1.2, с. 7 70 1 1 Вага двигуна, M, кг 112 М=gл*z*Vh 112 2 1 Питома вага, g, кг/кВт - M/Ne 1,4 3 1 Відношення R/L 1 1 [8], с. 7 1 4 − 3,2 3,6 3,245 1 Довжина шатуна, L, мм - L=(S/2)/(R/L) 132 5 1 Середня швидкість поршня, - S*n/30 15,75 6 Cm, м/с 1 Кількість клапанів 2-5 [4], с. 7 4 7 1 Ступінь стиску 6-12 [4], с. 8 10 8 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ 1 - пробка маслосливного отвори; 2 - піддон картера; 3 - маховик; 4 - блок циліндрів; 5 - стартер; 6 - труба, що підводить насоса охолоджуючої рідини; 7 - головка блоку циліндрів; 8 - клапан рециркуляції відпрацьованих газів; 9 - паливна рампа; 10 - виконавчий механізм зміни довжини впускного тракту; 11 - патрубок підведення охолоджуючої рідини до радіатора грубки; 12 - впускний трубопровід; 13 - датчик температури охолоджуючої рідини; 14 - трубка підведення відпрацьованих газів до впускного трубопроводу; 15- блок датчика положення дросельної заслінки і регулятора холостого ходу; 16 - дросельний вузол; 17 - генератор; 18 -ремінь приводу допоміжних агрегатів; 19 - кронштейн генератора; 20 - датчик недостатнього тиску масла; 21 - клапан продувки адсорбера; 22 - кронштейн впускного трубопроводу; 23 - датчик детонації. РОЗРАХУНОК РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ ДВИГУНА Параметр Значення параметра Індикаторна робота Li, кДж 0.3969 Індикаторний ККД ηі 0.4258 Середній індикаторний тиск Рі, Па 1.348 Середній тиск насосних ходів Рнх, Па -5.513 Індикаторна потужність Ni, кВт 104.139 Питома індикаторна витрата палива gi, кг/(кВт·год) 0.1922 Середній тиск механічних втрат Рмд, Па 0,252715 Ефективна робота Lе, кДж 0.415 Для проведення розрахункових Ефективний ККД ηе 0.306 досліджень за математичною моделлю Середній ефективний тиск Ре, Па 1,04 розроблений алгоритм та програмний код, Крутний момент М, Н·м 132.379 який реалізований у програмному Ефективна потужність Nе, кВт 80.3 середовищі MATLAB Питома ефективна витрата палива gе, кг/(кВт·год) 0.267 Концентрація оксиду азоту в відпрацьованих газах, rNO, чнм 4972.5 Питомий викид оксидів азоту BNO, кг/год 1.8408 Питомий викид оксидів азоту eNO, кг/(кВт·год) 36.324 ДИНАМІКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНІЗМУ Заводська марка двигуна F16d3 Динамічний розрахунок кривошипно- Позначення за ГОСТ 4395-48 4Ч7,9/8,15 шатунового механізму є одним з важливих Номінальна частота обертання колінчатого валу двигуна, 5800 етапів проектування нових і модернізації хв.-1 двигунів внутрішнього згорання Призначення двигуна автомобільний Порядок роботи циліндрів 1-3-4-2 В якості вихідних даних приймаємо Маса поршня mп, кг 0,420 Маса шатуна mL, кг 0,507 величини отримані у попередньому підрозділі Довжина шатуна L, м 0,132 роботи а також дані для двигуна-прототипу. Відстань між віссю ваги шатунного підшипника до центра ваги шатуна L , м 0,32B Щільність матеріалу колінчастого валу, ρ, кг/м3 7200 Діаметр шатунної шийки d, м 0,0465 Діаметр отвору в шатунній шийці d1, м 0,016 Довжина шатунної шийки с, м 0,022 Діаметр корінної шийки D, м 0,05 Діаметр отвору у корінній шийці D1 , м 0 Довжина корінних шийок а, м 0,03 Ширина щоки h, м 0,110 Висота щоки H, м 0,138 Товщина щоки в, м 0,013 Маса маховика mм, кг 6,17 Середній радіус обода маховика Rм, м 0,078 15,000 -20,000 Rzш, кН -18 10,000 -15,000-16 -14 Tш, кН 5,000 -10,000-12 -10 0,000 -5,000-8 15,000 10,000 5,000 0,000 -5,000 -10,000 -15,000 -10,000 -5,000 -60,000 5,000 10,000 -5,000 0,000 -4 -2 -8 -6 -4 -2 -10,000 5,000 0 2 4 6 8 Т , кН 0 ш Rтш, кН 2 -15,000 10,000 4 6 Zш, кН -20,000 15,000 Zш, кН Годограф навантажень на шатунний підшипник Годограф навантажень на шатунну шийку кш1,2 кп1,2 -4,000 15,000 -2,000 10,000 -9,000 -7,000 -5,000 -3,000 -1,000 1,000 3,000 5,000 7,000 9,000 0,000 5,000 2,000 4,000 0,000 6,000 4,000 2,000 0,000 -2,000 -4,000 -6,000 6,000 -5,000 8,000 -10,000 10,000 -15,000 12,000 Годограф навантажень на корінну шийку Годограф навантажень на корінний підшипник ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ГІБРИДНОЇ СИЛОВОЇ УСТАНОВКИ Задачі дослідження: 1. Вибір параметрів тягового електричного двигуна і дослідження параметрів гібридної силової установки при русі автомобіля з максимальним прискоренням 2. Розробка математичної моделі для визначення параметрів гібридної силової установки на режимах випробувального цикла NEDC. 3. Проведення розрахункового дослідження з вибору параметрів елементів гібридної силової установки Можливий один з наступних варіантів конвертації автомобіля: 1. Демонтаж коробки передач, стартера і встановлення замість коробки передач генератора струму. Тяговий електричний двигун розміщується уздовж ДВЗ замість стартера і приєднується до головної передачі. 2. Заміна маховика генератором струму, демонтаж стартера, а замість коробки передач встановлення тягового електричного двигуна 3. Замість коробки передач встановлення генератора струму, а тяговий електричний двигун встановлюється на задню вісь автомобіля. На початку проектування, номінальну потужність моторного приводу можна оцінити відповідно до показників прискорення (часу, що використовується для прискорення автомобіля з нульової швидкості до заданої швидкості), використовуючи таке рівняння 𝜹𝒎 𝟐 𝟏 𝑵 𝟐 𝟐 𝟑ед = 𝑽𝟐𝒕 𝒇 + 𝑽𝒃 + 𝒎𝒈𝒇 𝑽𝟑 𝒓 𝒇 + 𝝆 𝑪 𝑨 𝑽 = 𝟓 𝒂 𝑫 𝒇 𝒇 𝟏, 𝟎𝟓 ⋅ 𝟏𝟔𝟔𝟎 𝟐 = 𝟐𝟕, 𝟕𝟕𝟐 + 𝟏𝟑, 𝟖𝟖𝟐 + ⋅ 𝟏𝟔𝟔𝟎 ⋅ 𝟗, 𝟖 ⋅ 𝟎, 𝟏 ⋅ 𝟐𝟕, 𝟕𝟕 + 𝟐 ⋅ 𝟏𝟎 𝟑 𝟏 + ⋅ 𝟏, 𝟐𝟎𝟐 ⋅ 𝟎, 𝟑𝟒 ⋅ 𝟐 ⋅ 𝟐𝟕, 𝟕𝟕𝟑 = 𝟖𝟔 кВт 𝟓 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Час, с Рівень заряду АКБ, кВт 0,245 Видно, що найкраща паливна економічність 0,2445 0,244 забезпечується на режимах з частотою обертання від 0,2435 2000 до 2400 хв-1. При цьому питома ефективна 0,243 витрата палива складає близько 242-242,5 г/(кВт*год) 0,2425 0,242 0,2415 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 Частота обертання валу ДВЗ n, хв-1 Параметри ДВЗ при роботі на режимі 1,5 найкращої паливної економічності визначають 1 параметри генератора струму, який слід обрати для гібридної силової установки. Обираємо 0,5 генератор, що спроектований для роботи з 0 частотою обертання 2200 хв-1. Вважаємо, що 0 200 400 Ч6а0с0, с 800 1000 1200 його ККД ηг = 0,9. При цьому він видає потужність 63 кВт. Питома витрата палива geг/(кВт*год) Рівень заряду АКБ, кВт Проведено розрахунокве дослідження впливу параметрів елементів гібридної силової установки на середньоексплуатаційну витрату палива. За результатами проведеного дослідження рекомендовано наступні параметри елементів гібридної силової установки: - частота обертання колінчастого валу ДВЗ n= 2200 хв-1; - потужyність ДВЗ Ne=34 кВт; - питома ефективна витрата палива ДВЗ ge = 242 г/(кВт*год); - ємність АКБ С bmax = 1,3 кВт; - робочий діапазон зміни ємності АКБ ∆Сб=0,8 кВт*год; ДЯКУЮ ЗА УВАГУ ХАЙ ЖИВЕ УКРАЇНА