Секция «Теория и практика развития транспортных систем»


Особенности внутрицилиндровых процессов



страница34/57
Дата06.06.2016
Размер3.5 Mb.
1   ...   30   31   32   33   34   35   36   37   ...   57

Особенности внутрицилиндровых процессов

в дизелях на режимах пуска

Б.А. Шароглазов, В.В. Шишков, А.Е. Попов

На современном этапе развития двигателей внутреннего сгорания к эффективности их работы предъявляются жесткие требования. Это относится и к пусковым качествам двигателя.

Этой проблеме уделяется особое внимание при эксплуатации двигателей в районах с суровым климатом, где большую часть времени года преобладают отрицательные температуры воздуха. В таких условиях пуск двигателей (особенно, дизельных) значительно осложняется. Без средств облегчения запуска дизели с трудом запускаются даже при температурах 0…+5 С.

Для качественного пуска дизелей в условиях низких температур окружающей среды необходимо обеспечить в цилиндре двигателя благоприятные условия для воспламенения топлива [1].

В качестве одного из наиболее распространенных средств облегчения пуска дизелей можно выделить подогрев воздуха на впуске. При этом воздух подогревают электрическими или электрофакельными подогревателями, а также подогревателями, использующими теплоту отработавших газов пускового двигателя.

Влияние параметров впускного заряда, подготавливаемого к использованию в цилиндре посредством разогрева продуктами сгорания топлива на протекание процессов, происходящих в цилиндре в период пуска, неоднозначно. Высокая концентрация продуктов сгорания во впускном заряде ухудшает пуск дизеля. Недостаточный подогрев впускного заряда увеличивает период от начала пуска до появления первых вспышек [2].

Создана методика анализа внутрицилиндровых процессов, протекающих на режимах пуска дизелей, которая позволяет оценить изменение параметров рабочего тела в цилиндре дизеля в условиях пуска, в том числе и при прогреве впускного воздуха продуктами сгорания топлива, путем обработки реальных индикаторных диаграмм, полученных экспериментальным путем.

Данная методика основана на исследованиях, которые проводились в условиях изменения температуры окружающей среды, частоты вращения коленчатого вала, параметров впускного заряда (температуры и концентрации кислорода), а также цикловой подачи топлива.

Для оценки параметров теплоиспользования необходимо знать величины изменения энтропии, которая в предлагаемой методике и взята в качестве основного показателя при определении такой важной интегральной безразмерной характеристики, как характеристики использования теплоты, или характеристики активного тепловыделения.

По результатам обработки экспериментальных индикаторных диаграмм выявлены особенности теплоиспользования в условиях низкотемпературного пуска.

Исследования показали, что в условиях низкотемпературного пуска дизеля в результате подачи в цилиндры двигателя дополнительных порций топлива численные значения коэффициента избытка воздуха могут достигать значений 0,7…0,8. Вследствие столь высокой цикловой подачи топлива происходит более интенсивное охлаждение рабочего тела, что может приводить к увеличению периода задержки самовоспламенения.

На рассматриваемых режимах работы дизелей доля полностью сгоревшего в цилиндрах топлива составляет 20…30% от общей цикловой подачи. При этом не вся выделившаяся теплота идет на совершение полезной работы: часть теплоты расходуется на нагрев и испарение топлива, находящегося в цилиндре двигателя; часть рассеивается в холодные стенки цилиндра; и, наконец, еще одна часть покидает цилиндр либо в результате утечек через неплотности цилиндро-поршневой группы.

Улучшение показателей рабочего цикла дизелей на пусковых режимах в условиях подогрева свежего заряда продуктами сгорания топлива достигается определением оптимальных соотношений параметров подогреваемого впускного заряда (концентрации продуктов сгорания, температуры впускного заряда) и цикловой подачи топлива в цилиндры для рассматриваемых условий пуска.
Литература
1. Шароглазов, Б.А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов: учебник по курсу «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в двигателях внутреннего сгорания» / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементьев; под ред. засл. деят. науки РФ Б.А. Шароглазова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. – 382 с.

2. Шароглазов, Б.А. Анализ рабочего цикла дизеля при пуске по индикаторной диаграмме / Б.А. Шароглазов, В.В. Шишков // Двигателестроение. – 1993. – № 3–12. – С. 25–27.


Секция «Организация и безопасность движения

в транспортных системах»



Применение интеллектуальных транспортных

систем в оптимизации улично-дорожной

сети города

И.Д. Алфёрова, О.Н. Ларин

Резкий рост автомобилизации, наблюдающийся в последнее десятилетие во всех городах России ведет к обострению всего комплекса транспортных проблем: снижению скоростей движения транспорта, заторам, росту аварийности, ухудшению экологических показателей, характеризующих качество городской среды.

Улично-дорожная сеть (УДС) города создается десятилетиями и для ее изменения необходимо время и значительные инвестиции. Структура и протяженность УДС города создаются на основе генеральных планов развития, ориентированных на определенный уровень автомобилизации. В течение длительного времени в нашей стране приоритет в развитии транспортного обслуживания отдавался общественному пассажирскому транспорту и в качестве расчетного уровень автомобилизации городов принимался 60 авт/1000 жителей. Именно на этот уровень автомобилизации и была создана вся транспортная инфраструктура и система управления дорожным движением современных российских городов.

Активная автомобилизация крупнейших городов Западной Европы, начавшаяся в 50-е годы, проходила практически по одной закономерности для всех стран: линейный рост количества автомобилей до уровня 300–350 авт./1 тыс. жителей, затем замедление роста и стабилизация при уровне 550±50 авт./1 тыс. жителей. Сегодня средний уровень обеспеченности автомобилями в городах Российской Федерации уже превысил 200 авт./1 тыс. жителей. Причем в Москве уровень автомобилизации превышает 300 авт./1 тыс. жителей. По оценкам «предельный» уровень автомобилизации в российских городах достигнет 550 авт./1 тыс. жителей уже к 2020–2025 гг. То есть прирост автотранспорта составит 50%, а протяженность автодорожной сети в лучшем случае увеличится только на 10%. Это требует пересмотра всей стратегии развития городов и городского транспорта.

В международной практике для решения проблемы организации городского движения и управления транспортными потоками широко используется Интеллектуальные Транспортные Системы организации дорожного движения (Intelligent Transportation Systems, далее ITS или ИТС), способные эффективно управлять существующей дорожно-уличной сетью дорог с учетом ее плотности и пропускной способности.

Безусловно, современные системы управления дорожным движением не являются панацеей от всех проблем в дорожном движении, когда не происходит адекватного темпам автомобилизации развития автодорожной инфраструктуры. Тем не менее, ИТС все же помогут извлечь максимум из имеющейся улично-дорожной сети. ИТС могут значительно улучшить положение с автомобильным движением в регионах – уменьшить число разгонов/торможений, сделать дорожное движение более легким, эффективным и безопасным для всех участников.

Анализ показывает, что значительно смягчить ситуацию в нашей стране позволит комплекс мероприятий, связанных в основном с совершенствованием системы управления транспортными потоками в городах с использованием ИТС. Эти мероприятия могут быть реализованы в кратчайшее время с минимальными затратами и по предварительным оценкам позволят сократить задержки транспорта на 15–40%, сократить объем эмиссии выхлопных газов на 10–28%, повысить безопасность движения и снизить вероятность возникновения заторов.

Каким образом ИТС регулируют потоки автомобилей? Одно из направлений связано с организацией «зеленых волн»: светофоры регулируются таким образом, чтобы для определенной скорости потока, проезжающего перекресток на зеленый свет светофора, большая часть машин подъехала к следующему светофору также на зеленый сигнал, – и так далее. Однако при ограничении скорости движения в городе 60 км/ч поток зачастую движется быстрее. А создавать зеленые волны под скорость, например, 80 км/ч – значит, провоцировать нарушения. К тому же, количество автомобилей в последнее время сильно возросло, и во многих случаях избежать затора не удается.

Каков механизм возникновения затора? Конечно, довольно часто заторы образуются из-за дорожно-транспортных происшествий, но куда чаще движение затрудняется «само собой», без видимой на то причины. Математики из университетов Эксетера и Будапешта посвятили свои исследования изучению данной проблемы. Составленная ими математическая модель показывает, что механизм образования затора зависит не только от плотности потока. В условиях высокой плотности потока возможно движение с приемлемыми скоростями. Авторы исследования признают поток плотным, если километр пути постоянно занимают 15 и более машин. В заторах же, по их мнению, виноваты исключительно сами водители, которые снижают скорость перед каким-либо препятствием – не обязательно экстренным, – с замедлением значительно большим, чем требуется в данной ситуации. Водитель, который едет следом, чтобы компенсировать время своей реакции на торможение «лидирующего», нужно снижать скорость сильнее, а следующему шофёру — ещё сильнее. В результате движение прекращается, и пробка начинает расти. В теории транспортных потоков подобные эффекты называются волновыми, когда машины останавливается одну за другой. В условиях плотного движения экстренные торможения могут привести к ДТП, если водители не соблюдают безопасную дистанцию.

ИТС позволят снизить количество торможений, связанных с неоптимальным режимом работы светофоров, при котором перед перекрестками скапливается «хвост» из машин. С течением времени этот хвост дорастает до следующего перекрестка, что затрудняет движение не только по этой дороге, но и по перпендикулярной. В мегаполисах часто возникают ситуации, когда перед светофором собирается затор, а за светофором шоссе свободно. При этом на перпендикулярной дороге никакой пробки нет. Ясно, что для решения проблемы не обойтись без регулирования движения в режиме реального времени, с учетом сложившейся дорожной обстановки. Для этого на обеих дорогах перед перекрестком должны быть установлены устройства, определяющие загруженность трасс. При возникновении затора в одном из направлений нужно увеличить пропускную способность светофора в этом направлении.

Если избежать появления пробки в некоторых местах все же не удается, то можно устанавливать так называемые сдерживающие светофоры, которые будут собирать пробку, например, в промзоне, обеспечивая свободное движение транспорта в жилом секторе. Это позволит снизить количество вредных выбросов, наибольшее количество которых автомобиль выделяет в начале движения. Кроме того, в заторе на единицу площади проезжей части приходится большее количество машин. Работа сдерживающих светофоров должна также регулироваться ИТС в соответствии с реальной обстановкой, иначе затор перед ними будет даже в тех случаях, когда его можно было бы избежать. Больший эффект достигается при комплексном автоматическом регулировании потоков в рамках всего города, что обеспечивает максимально использовать пропускную способность всех автодорог. Так как оптимальная работа светофоров в пределах одного перекрестка может парализовать движение в соседнем районе.

Единая ИТС может собирать и анализировать статистические данные об условиях дорожного движения в границах всего города и предоставлять их всем заинтересованным ведомствам: дорожным службам, ГИБДД, администрациям городов и др. Единая ИТС должна регулировать работу всех светофоров и других технических средств управления дорожным движением, таких как информационные табло и управляемые дорожные знаки, корректировать режим работы этих средств в соответствии с реальной дорожной обстановкой.

Использование ИТС обеспечивает положительный социально-экономический эффект. Например, простая оптимизация работы светофора под транспортный поток повышает его пропускную способность на 15%. Условно это значит, что каждый седьмой километр новой дороги можно не строить. Именно эта статистика подсказывает перспективные направления для инвестирования средств, в том числе и бюджетных. Инвестиции в ИТС – это не только затраты, но и экономия средств в будущем за счет снижения потерь, причем объемы этой экономии покроют расходы, связанные с разработкой и внедрением системы.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   30   31   32   33   34   35   36   37   ...   57


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница