2.4 Вибір і обґрунтування типу їздового циклу для проведення теоретичних досліджень

Найбільш обєктивні дані про показники роботи автомобіля можна отримати заміром його показників при русі за їздовими циклами. Їздові цикли містять усталені та перехідні режими у широкому діапазоні роботи двигуна автомобіля, що дає можливість досить точно та повно визначити велику кількість його вихідних параметрів. На сьогодні відомо багато різновидів їздових циклів. Всі вони були отримані в результаті вивчення режимів руху автомобілів в конкретних містах з урахуванням умов експлуатації, типу транспортного засобу та багатьох інших факторів.

У країнах Європи випробування КТЗ згідно з Директивою 70/220/ЕЕС та R-15 здійснюється на стенді з біговими барабанами при умовному русі КТЗ за європейським міським їздовим циклом (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Європейський міський їздовий цикл

Цей цикл був визначений за результатами замірів режимів руху легкових автомобілів у великих містах та умовно позначений як ЕСЕ R-15 або ЕСЕ і введений Правилами ЄЕК ООН №15 в 1970 році, коли було започатковано нормування викидів ШР легковими автотранспортними засобами. Він включає чотири елементарних міських їздових цикла UDC. Довжина умовного шляху циклу 4052 м, час виконання 780 с, максимальна швидкість КТЗ 50 км/год.

Перед випробуванням КТЗ витримують (кондиціонують) не менше ніж 6 годин у спеціальному боксі при температурі 25±5°С Після цього запускають двигун, який протягом 40с повинен працювати при мінімальній частоті обертання холостого ходу. З урахуванням попередньої роботи двигуна в режимі холостого ходу та послідовного виконання чотирьох елементарних циклів, загальна тривалість виконання Європейського міського їздового циклу становить 820с, а середня умовна швидкість -- 18,7 км/год.

В останній час для випробування легкових автомобілів на токсичність застосовують модернізований їздовий цикл (рис. 2.9).

Рис. 2.9 Модернізований Європейський міський їздовий цикл

Цій цикл включає чотири звичайних набори міських режимів та додатковий набір режимів EUDC, який імітує рух автомобіля за містом. При цьому загальний час виконання циклу ЕСЕ R-15 + EUDC складає 1220 с (з урахуванням початкових 40 с роботи двигуна в режимі холостого ходу), довжина умовного шляху руху автомобіля - 11,007 км, середня швидкість руху - 33,6 км/год., максимальна швидкість руху - 120 км/год. або для автомобіля з двигуном невеликої потужності - 90 км/год. (позначено пунктиром).

Більш складний їздовий цикл для випробування легкових автомобілів використовується в США (рис. 2.10), в ньому практично немає усталених режимів руху. Довжина умовного шляху в такому циклі - 17,8 км, час його виконання - 1877 с, максимальна швидкість руху - 91,2 км/год., середня швидкість руху - 34,1 км/год.

В Японії випробування автомобілів з можливою кількістю пасажирів менше 10 і масою менше 2,5 т проводяться за двома їздовими циклами: холодні випробування за 11 режимним циклом без попереднього прогріву двигуна (рис. 2.11), та з попереднім прогрівом двигуна за 10-15 режимним циклом (рис. 2.12).

Рис. 2.10 Міський федеральний їздовий цикл США

Кожна фаза циклу триває 120 с що відповідає дистанції 1021 м, середня швидкість руху становить 30,6 км/год.

Рис. 2.11 Одинадцятирежимний їздовий цикл (Японія)

Довжина 10-15 режимного циклу - 4,16 км, час виконання - 660 с, максимальна швидкість руху - 70 км/год, середня швидкість руху - 22,7 км/год.

Рис. 2.12 10-15 режимний їздовий цикл (Японія)

У країнах колишнього СРСР з 1 січня 1992 року для всіх колісних транспортних засобів, за винятком позашляхових, було введено ГОСТ 20306-90 "Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний", який діє на території України до останнього часу та співпадає з Правилами №15 ЄЕК ООН (частина 1.4). Він обумовлює шість їздових циклів:

1. Магістральний цикл на дорозі для автомобілів повною масою до 3,5 т, автобусів далекого сполучення.

2. Магістральний цикл на дорозі для вантажних автомобілів та автопоїздів повною масою більше 3,5 т, та міжміських автобусів.

3. Міський цикл на дорозі для КТЗ повною масою до 3,5 т.

4. Міський цикл на дорозі для КТЗ повною масою більше 3,5 т, крім міських автобусів.

5. Міський цикл на дорозі для міських автобусів.

6. Міський цикл на стенді для КТЗ повною масою до 3,5 т.

Для проведення теоретичних досліджень впливу типу систем живлення бензинового двигуна на паливну економічність та екологічні показники автомобіля необхідно вибрати їздовий цикл, режими якого найбільш достовірно відтворюють рух автомобіля в умовах експлуатації та який можливо відтворити при експериментальних випробуваннях на моделюючому роликовому стенді.

Існує кінцеве число дискретних режимів руху автомобіля - еквівалентних за витратою палива та рівнем ШВ роботи двигуна при русі автомобіля за їздовим циклом. Відзначимо, що збільшення кількості опорних режимів призводить до покращення достовірності показників руху автомобіля за режимами їздового циклу: з 13% при 9-ти базових точках до 3% при 14-ти. Сукупність режимів узагальненого їздового циклу, які відображають найбільш вірогідні режими руху в умовах великого міста, були замінені десятьма усталеними режимами, на яких рекомендовано діагностування двигунів автомобілів. Зважаючи на те, що питання зниження забруднення навколишнього середовища ШВ автомобілів має першочергове значення для міст та населених пунктів, доцільно вибрати для дослідження показників роботи автомобіля режим міського їздового циклу. Враховуючи те, що дорожній рух в містах носить циклічний характер, для оцінки та порівняння показників автомобіля ВАЗ-2101 з різними типами системи живлення, який є основним обєктом розрахункових і експериментальних досліджень, був обраний Європейський міський їздовий цикл, який виконується згідно ГОСТ 20306-90 [74] на стенді для дорожніх транспортних засобів повною масою до 3,5 т.

Рис. 2.13 Фрагмент елементарного Європейського міського їздового циклу згідно ГОСТ 20306-90

Фрагмент елементарного міського їздового циклу тривалістю 195 с, довжиною умовного шляху 1013 м і максимальною швидкістю руху - 50 км/год. показано на рис. 2.13, характеристики режимів наведено в табл. 2.1.

Режими Європейського міського їздового циклу згідно ГОСТ 20306-90

Н - важіль коробки передач в нейтральному положенні з виключеним зчепленням; К1 - включена перша передача, зчеплення виключено; К2 - включена друга передача, зчеплення виключено; К3 - включена третя передача, зчеплення виключено.

Європейський міський їздовий цикл виконується при умовному русі автомобіля, встановленого на динамометричний стенд з біговими барабанами, відрегульований таким чином, щоб імітувати опір поступальному руху автомобіля на дорозі при постійних швидкостях. У цьому випадку, опір поступального руху автомобіля в математичній моделі розраховувався для умовних швидкостей автомобіля згідно відомих в теорії руху автомобіля залежностей. Європейський міський їздовий цикл включає також неусталені режими руху автомобіля і, відповідно, двигуна. Це враховується в моделі відповідними змінами опору руху автомобіля і особливостями роботи автомобільного двигуна в неусталених режимах.

Європейський міський їздовий цикл ЕСЕ R-15 повністю відтворює експлуатаційні умови: робота двигуна автомобіля в режимі мінімальної частоти обертання активного холостого ходу (імітація очікування зеленого світла світлофора на перехресті), рушання автомобіля з місця та розгін до певної швидкості, рух з усталеною швидкістю на певній ділянці, перемикання передач з нижчої на вищу або в зворотному напрямку, розгін автомобіля від однієї швидкості до іншої, гальмування двигуном з однієї швидкості до іншої або до повної зупинки, службове гальмування КТЗ до повної зупинки з використанням робочої гальмової системи.

За класом, категорією автомобіля ВАЗ-2101, кількістю та характером режимів руху, порядком їх зміни, Європейський міський їздовий цикл відповідає поставленій меті при дослідженні зміни витрати палива та екологічних показників автомобіля з карбюраторною системою живлення та після заміни її електронною розподіленою системою впорскування бензину в умовах експлуатації.

В загальному вигляді система електронного впорскування це комплекс зовнішніх датчиків, виконавчих пристроїв та ЕБУ. Тому ближче розглянемо датчики які ми застосовуємо у нашій системі впорскування.

Електрична схема системи впорскування

1- роз`єм ЕБУ; 2 - котушка запалювання; 3 - вимикач положення дросельної заслінки; 4 - пускова форсунка; 5 - реле пуску холодного двигуна; 6 - термореле; 7 - витратомір повітря; 8 - датчик температури повітря що надходить; 9 - блок реле; 10 - паливний насос; 11 - АКБ; 12 - датчик температури охолоджуючої рідини; 13-18 - робочі форсунки; 19 - додаткові резистори; 20 - головна точка з`єднання з масою.

Щоб не отримати травм та не вивести з ладу вузли системи при обслуговування та ремонті варто дотримуватись кількох правил:

- не підключати напругу 12В до робочих форсунок так як вони розраховані на напругу у 3В;

- не допускати роботу двигуна при погано закріплених виводах АКБ;

- не від`єднувати проводи від виводів АКБ при працюючому двигуні;

- не відключати АКБ від бортової мережі при її зарядці

безпосередньо на автомобілі від зовнішнього джерела струму;

- не запускати двигун за допомогою зовнішнього джерела струму напругою більше 12В.

Функціонування системи впорскування при різних режимах роботи двигуна

Кожний циліндр має свою форсунку з електромагнітним управлінням, яка впорскує паливо перед впускним клапаном. Впорскування узгоджене з частотою обертання колінчастого валу двигуна, інформація про частоту надходить у ЕБУ від контакту переривача.

Об`єм про ходячого повітря визначається положенням дросельної заслінки(навантаженням двигуна). Об`єм повітря виміряється витратоміром.

Про тепловий режим двигуна дає інформацію датчик температури охолоджуючої рідини.

Інформацію про навантажувальний режим двигуна в ЕБУ повідомляє вимикач положення дросельної заслінки. Інформація складається із сигналів: «холостий хід», «часткове навантаження», «повне навантаження». Якщо дросельна заслінка закрита, двигун працює на холостому ході, контакти холостого ходу замкнуті і в ЕБУ іде відповідний сигнал. Так само здійснюється інформація про повне навантаження двигуна, тільки у цьому випадку контакти розімкнуті. Сигнал про часткове навантаження формується при допомозі потенціометра.

Для полегшення холодного пуску суміш збагачується пусковою форсункою, яка керується від вимикача запалювання через термореле.

При прогріві двигуна на холостому ході подача палива також збільшується і в зв`язку з сигналами, що надходять в ЕБУ від датчика температури двигуна.

В даній системі враховується що щільність холодного повітря вища ніж у теплого. Чим тепліше повітря що засмоктується, тим гірше наповнення циліндрів при постійному положенні дросельної заслінки. Температура повітря що надходить змінюється не тільки і зв`язку із зміною зовнішньої температури, але із зміною внутрішньої. Нормальна температура у підкапотному просторі приблизно 50°С. Інформація про температуру надходить від датчика, вмонтованого у витратомір повітря, в ЕБУ який визначає дозу впорскуваного палива.

Більшу частину часу двигун працює у режимі часткових навантажень, тому програма закладена в ЕБУ, забезпечує мінімально можливий розхід палива при прийнятній концентрації шкідливих речовин у відпрацьованих газах.

Збагачення суміші відбувається на холодному пуску, прогріві, холостому ході, прискорені руху, повному навантажені. При всіх режимах крім останнього, надлишок палива необхідний для стійкої роботи двигуна. При холодному двигуні «більше палива» означає і більше його легковипаровуваних фракцій. При холостому ході - гірше наповнення, більше залишкових газів. При повному навантажені надлишок палива необхідний для внутрішнього охолодження двигуна за рахунок випаровування частини палива.

У режимі примусового холостого ходу дросельна заслінка закрита і в ЕБУ йде сигнал «холостий хід». Якщо при цьому оберти двигуна вище так званої відновлюваної частоти обертання, впорскування палива припиняється. Відповідно зменшується витрата палива та викид шкідливих речовин.

Паливний насос

Бензонасос встановлюється у паливному баку, створює тиск до 8 атм. Продуктивність паливного насосу більше 80 л/год.

Паливний фільтр

Вмонтовується у паливну магістральна за бензобаком. Термін служби близько 30 тис. км.

Датчик температури охолоджуючої рідини.

Датчик температури охолоджуючої рідини встановлений між головкою блоку та термостатом. Він має два контакти. Основне функціональне призначення датчика, схоже до підсосу - чим холодніший двигун тим багатша паливна суміш. Конструктивно датчик температури охолоджуючої рідини являє собою резистор, опір якого змінюється в залежності від температури. Типові значення: 100°С - 177 Ом, 25°С - 2796 Ом, 0°С - 9420 Ом, 20°С - 28680 Ом.

Температура охолоджуючої рідини впливає майже на всі характеристики керування двигуном. Датчик досить надійний у експлуатації. Основні несправності - порушення електричного контакту всередині датчика, порушення ізоляції чи обрив проводів поблизу датчика. Відмова датчика приводить до ввімкнення вентилятору на холодному двигуні, важкість запуску гарячого двигуна, підвищену витрату палива.

Датчик положення дросельної заслінки

Датчик положення дросельної заслінки ВАЗ встановлений збоку на дросельному патрубку на одній осі з приводом дросельної заслінки, він зчитує показники з положення педалі «газу».