Пример контрольной работы по физике: КПД двигателей электровоза и передающих механизмов равен 0,8. Электровоз движется со скоростью 54 км/ч, и при этом двигатели развивают мощность 900 кВт. Оп

Выдержка из текста работы

Данный дипломный проект посвящен разработке конструкции бензинового автомобильного двигателя мощностью 90 кВт, предназначенного для установки на легковые автомобили.

Работа включает в себя, описание конструкции двигателя, обоснование выбора исходных данных, расчеты прочности основных деталей двигателя, технологическую и экономическую части, а также главу, посвященную вопросам охраны труда.

Можно сформулировать некоторые основные требования, предъявляемые к двигателю.

Ш Простота конструкции.

Ш Надёжность работы на всех эксплуатационных режимах.

Ш Минимальный расход топлива и масла.

Ш Минимальные габаритные размеры и масса двигателя.

Ш Полная динамическая уравновешенность сил и моментов движущихся масс.

Ш Надёжный пуск.

Ш Удобство и безопасность обслуживания при эксплуатации.

Ш Автоматизация управления.

Ш Отсутствие запретных зон частот вращения для эксплуатационных режимов работы.

Ш Технологичность конструкции деталей, узлов и агрегатов.

Ш Пожаро-безопасность.

1. Обзор конструкций современных двигателей

В этом году двигатель внутреннего сгорания будет праздновать свой 152-й день рождения, так как в далеком 1860 году, когда по всему миру «царствовали» конные экипажи, гражданин Франции механик Э. Ленуар сконструировал первый рабочий газовый двигатель. Этот мотор был достаточно капризен и несовершенен, что, в принципе, не странно. Через 6 лет известный изобретатель Н. Отто предложил миру свою, довольно совершенную по тем временам конструкцию 4-тактного газового двигателя. Прообразом же двигателя внутреннего сгорания послужила в первую очередь паровая машина, так как единственное принципиальное отличие — отсутствие достаточно громоздкой парокотельной установки. С «потерей» парового агрегата в процессе эволюции ДВС приобрел свои плюсы: значительно больший КПД, меньшую массу и размеры. Были также и минусы — двигатель требовал более качественного и технологичного топлива, так как работать на дровах он уже отказывался.

В нашей же стране ДВС был «изобретен» только в 80-х годах XIX века, именно в это время наш соотечественник О.С. Костович работал над конструкцией бензинового карбюраторного двигателя. Дальнейшее же развитие ДВС связано в первую очередь с именем немецкого инженера Рудольфа Дизеля, так как в 1897 году именно он предложил использовать сжатие для воспламенения топлива. Это было рождением двигателей, работающих на тяжелом топливе, — дизельных двигателей.

Дальнейшее развитие поршневых двигателей внутреннего сгорания шло семимильными шагами. В конструкции моторов менялось многое, но неизменна оставалась лишь его суть.

ДВИГОТЕЛЕСТРОЕНИЕ В НАШЕ ВРЕМЯ

Время, прошедшее со времени сотворения первого ДВС, безусловно, повлияло и на концепцию создания современного поршневого автомобильного двигателя. Девиз двигателя наших дней — больше мощность, меньше расход. Казалось бы, эти два понятия противостоят друг другу, но, оказывается, это не так. И для того, чтобы это подтвердить, двигателисты различных автомобильных компаний не спят ночами, придумывая различные системы, позволяющие поднять КПД двигателя до предела.

Для того чтобы понять, в каком направлении в дальнейшем будет развиваться двигателестроение, необходимо уяснить, какие препятствия стоят на пути. А препятствия следующие: механические потери, неполное использование энергии сгорания топлива, вопросы, связанные с экономичностью, высокая себестоимость современных двигателей и систем управления, увеличение массы мотора, улучшение характеристик двигателя.

Начнем по порядку. Механические потери в современных двигателях можно снизить несколькими способами.

Ш Значительно ужесточить допуски на изготовление деталей двигателей.

Ш Необходимо уменьшить инерционность кривошипно-шатунной системы, то есть необходимо максимальное облегчение поршней, шатунов, коленчатого и распределительного вала, а также маховика. Недаром в современных моторах используются поршни с короткой «юбкой», изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Причем для их производства используются две технологии. По первой технологии изготавливаются поршни для невысоко форсированных двигателей — их производят различными методами литья. По второй технологии изготавливаются поршни для форсированных двигателей — методом объемной штамповки (или, проще говоря, ковкой). Распределительные валы изготавливаются пустотелыми по следующей технологии: на охлажденную в жидком азоте трубчатую заготовку вала насаживаются отдельно изготовленные кулачки. Маховик делают максимально легким, чтобы не утруждать двигатель вращением лишней массы, да и отклик на нажатие педали газа при этом сократится.

Ш Необходимо упомянуть современные моторные масла с низкой вязкостью, которые тоже делают небольшой вклад в копилку увеличения КПД, так как снижаются потери на трение, как при перекачке по масляным каналам, так и внутри самого масла.

Ш Расширить применение различных антифрикционных покрытий, способных значительно уменьшить силу трения, а также использование деталей, изготовленных на основе соединений нитрида и карбида кремния, то есть керамики.

Следующий вопрос был посвящен экономичности современных двигателей. Здесь используются различные концепции минимизации расхода топлива, просто одни пытаются «выжать» все из бензиновых двигателей, вторые делают ставку на дизельные моторы, ну а третьи строят гибридные силовые установки. Кто окажется прав, увидим в ближайшем будущем.

Дело в том, что вне зависимости от того, кто какой концепции придерживается, все используют практически одинаковые технологические наработки. Сегодня, например, невозможно увидеть современный двигатель с двумя клапанами на цилиндр. Применение многоклапанного (от 3 до 5 клапанов на цилиндр) газораспределения позволяет снизить насосные потери и увеличить мощность и экономичность двигателя. Кстати говоря, стоит вспомнить наш автопром, а именно 4_цилиндровые 8_ и 16_клапанные двигатели АвтоВАЗа: при одинаковом объеме 1,5 литра один из них выдавал 78 л. с., а другой — 92.

Кроме многоклапанного газораспределения применяются фазовращатели на газораспределительных валах, с помощью них осуществляется постоянная регулировка фаз впуска и выпуска. Особенно в этой области преуспели немецкие и японские инженеры. Например, система VANOS от BMW, которая впервые появилась на моторе серии М50 в 1992 году и позволяла регулировать фазы открытия и закрытия только впускных клапанов. Через некоторое время появилась система BI-VANOS, которая заведовала уже как впускными, так и выпускными клапанами. Работа этих систем сводится к следующему. На малых оборотах двигателя фазовращатели смещают момент открытия впускного клапана в более поздний период, что обеспечивает топливную экономичность и повышает крутящий момент. При средних оборотах двигателя клапаны открываются чуть раньше, это позволяет увеличить крутящий момент и значительно снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. На высоких же оборотах двигателя впускные клапаны открываются с небольшим опозданием, благодаря чему значительно увеличивается мощность в зоне максимальных оборотов, так как в цилиндре создается большее разряжение, а значит, и воздуха в цилиндры попадает значительно больше. Интересно и то, что совсем недавно, впервые в мире, на автомобилях LEXUS появились фазовращатели с электроприводом, которые позволяют регулировать фазы газораспределения практически с нулевых оборотов двигателя, что в принципе невозможно для фазовращателей с гидроприводом.

СМЕЩЕНИЕ ФАЗ

Необходимо отдельно упомянуть системы регулирования величины подъема клапанов (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus), благодаря которым значительно улучшаются как характеристики двигателя, так и топливная экономичность. Для примера рассмотрим знаменитую систему Valvetronic от компании BMW. Разрабатывая эту систему, инженеры решили кардинально отказаться от дроссельной заслонки, хотя в процессе доводки ее все-таки оставили, она стала служить для диагностики системы Valvetronic и находится постоянно в открытом положении. Стоит напомнить, что при управлении процессом подачи воздушной смеси с помощью дросселя возникают значительные аэродинамические сопротивления и завихрения, особенно при неполном открытии заслонки. Регулирование количества воздушной смеси в системе Valvetronic должно было происходить за счет изменения величины подъема клапанов, то есть сам клапан при этом выполнял функцию дроссельной заслонки. Для этого был разработан специальный механизм, позволявший регулировать подъем клапана в пределах от 0 до 10 мм. Идея системы состоит в следующем. Распредвал заведует открытием клапана не на прямую, а через специальный рычаг, который может менять свое положение в пространстве, тем самым изменяя величину перемещения коромысла, которое непосредственно воздействует на клапан. Регулировка рычага осуществляется с помощью червячной передачи и электромотора, а всем этим процессом заведует компьютер. Применение этой системы привело к тому, что на малых оборотах снизилось потребление топлива, а на больших возросла мощность, так как значительно увеличилась скорость заполнения цилиндров топливно-воздушной смесью. При этом значительно уменьшилось время отклика на педаль акселератора. Но у двигателей, оснащенных этой системой, появился небольшой недостаток — отсутствие разряжения во впускном коллекторе, которое необходимо для работы вакуумного усилителя тормозов. Проблема была решена следующим образом: немецкие инженеры взяли и поставили отдельный насос, который создавал необходимое разряжение.

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА НА ХОЛОСТОМ ХОДУ

Кроме таких высокотехнологичных мер, как электропривод помпы, отключаемый генератор, электроусилитель руля, применяемых для увеличения экономичности двигателей, используются также и другие, более радикальные способы. Например, отключение части цилиндров на холостом ходу или в режимах частичных нагрузок у многоцилиндровых двигателей. Причем до недавнего времени этими системами пользовались в основном американские конструкторы, взять хотя бы систему отключения цилиндров Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию») от компании General Motor. Замысел системы достаточно прост: по достижении двигателем рабочей температуры электроника начинает опрашивать различные датчики, и если она обнаруживает, что мотор работает в режиме частичной нагрузки, то прекращает подачу топлива в половину цилиндров, то есть в 4. Причем цилиндры отключаются по диагонали, чтобы в двигателе не возникли вибрации. Максимальный достигнутый эффект экономии топлива составил 25% от номинального, и это достаточно неплохой результат. Похожую систему представила и компания Honda, показав общественности новый 3,4_литровый 6_цилиндровый двигатель, в котором при спокойном перемещении в пространстве будут отключены 3 цилиндра.

Повысить экономичность и КПД двигателя можно также с помощью более совершенной системы зажигания. Достаточно вспомнить знаменитые моторы с системой Twin Spark от Alfa-Romeo, где использованы две свечи на цилиндр. Эта система, как, в принципе, и многое другое, перекочевала в автомобильное двигателестроение с авиационных двигателей еще в 20_е годы прошлого столетия. Вторая свеча зажигания позволила обеспечить более полное сгорание топлива, отчего увеличился КПД, да плюс ко всему прочему снизилось потребление топлива, и увеличилась детонационная стойкость. Недаром в 12_цилиндровом турбированном двигателе от Mersedes, где вопрос детонации стоит наиболее остро, применена система зажигания с двумя свечами на цилиндр.

Невозможно не упомянуть в нашем разговоре о современных веяниях двигателестроения: непосредственном впрыске топлива в цилиндры. Идея подавать топливо непосредственно в цилиндры достаточно не нова, впервые ее воплотили в жизнь инженеры компании Robert Bosch еще в 30_х годах XX века при конструировании авиационных двигателей, причем управление системой было механическим. Долгое время система непосредственного впрыска топлива не находила должного применения, хотя периодически появлялись автомобили, оснащенные ею. Вспомнить хотя бы легендарный Mercedes-Benz 300SL 1954 года, ведь он был оснащен механическим впрыском от фирмы Bosch. Свое второе рождение система непосредственного впрыска пережила в начале 90_х годов прошлого века, когда стали появляться достаточно надежные и современные электронные системы управления.

Большой шаг в развитие и внедрение этих систем сделала компания Mitsubishi со своими двигателями GDI. Уникальность этого двигателя была в том, что он мог работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси, в которой соотношение бензина к воздуху по массе достигало 40:1, при том, что идеальное соотношение 14,7:1. То есть настолько обедненная смесь вообще не должна была гореть, но благодаря специальной форме поршня и узконаправленного факела распыла смесь с идеальным стехиометрическим составом попадала прямо на свечу зажигания, хотя по всему объему цилиндра была очень бедной. В данном двигателе было организовано три режима работы системы.

Ш Первый — впрыск топлива происходил на тактах впуска и сжатия, этот режим был необходим для увеличения крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Ш Второй — впрыск в момент впуска, этот режим применялся для достижения двигателем максимальной мощности.

Ш Третий режим — режим впрыска обедненной смеси на такте сжатия применялся для увеличения топливной экономичности на режимах малой нагрузки и холостого хода.

Отдельно стоит сказать о том, что впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания позволяет повысить детонационную стойкость двигателя, так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретого в цилиндре воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно, еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а именно увеличении мощности, топливной экономичности и уменьшении выбросов вредных веществ, двигатель получился достаточно дорогим, так как в нем применялись высокотехнологичные компоненты. Например, топливный насос высокого давления, развивавший 50 бар (в последних разработках давление достигает 200 бар), а педаль газа не имела прямой связи с дроссельной заслонкой. Была также применена оригинальная головка блока цилиндра, в которой впускные каналы сделаны прямыми по вертикали. С того времени как стал выпускаться этот двигатель, прошло уже более 10 лет, и сейчас практически все производители применяют непосредственный впрыск для своих двигателей.

Сегодня специалисты в области двигателестроения заняты не только вопросами улучшения топливной экономичности и КПД поршневого двигателя, их особенно волнует вопрос резкого «утолщения» мотора, нашпигованного различными электронно-механическими системами. В эпоху карбюраторного двигателя было все намного проще, блок цилиндров изготавливался из достаточно тяжелого, но прочного специального серого чугуна. Кстати говоря, применение этого вида материала не случайно, ведь колебания, возникшие в сером чугуне, гасятся примерно в 10 раз быстрее, чем в стали. Головка отливалась из сплава на основе алюминия, и все было хорошо. Сейчас же борьба идет за каждый грамм лишнего веса. Вспомнить хотя бы биметаллический блок цилиндров 3_литрового 6_цилиндрового двигателя от BMW. Внутренняя, более нагруженная часть блока цилиндров до рубашки охлаждения выполнена из алюминиевого сплава с большим содержанием кремния. А наружная часть, менее нагруженная, сделана из магниевого. Технология получения такого блока цилиндров очень сложна, а экономия массы составляет примерно 10 кг по сравнению с цельноалюминиевым блоком. Конечно, можно подумать, что это только маркетинговый шаг, направленный на повышение марки, но это не совсем так. Потому что, если нам удастся «сбросить» с одной детали несколько килограммов или даже граммов, то в совокупности мы получим огромный выигрыш по массе. Надо сказать, что во время внедрения алюминия в двигателестроение инженеры столкнулись с проблемой малой износостойкости крылатого металла. Поэтому впоследствии были разработаны специальные покрытия, предохраняющие зеркало цилиндра от износа. Одним из таких покрытий был широко известный «Никасил» — соединение жаростойкого никеля с износостойким карбидом кремния, он пришел в массовое автомобилестроение из мира королевских гонок. Кроме снижения массы автомобильные компании пытаются снизить расходы, связанные с разработкой и производством двигателей. Поэтому сегодня достаточно часто можно наблюдать сотрудничество крупных автомобильных компаний при конструировании моторов.

ИНОВАЦИИ ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯ

То, что произойдет в мире двигателестроения в ближайшие 10 лет, предсказать достаточно сложно, но определить генеральные линии развития все-таки можно. Самое главное направление удара — это гибридизация, причем пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрический тандем, хотя дизельно-электрическое сотрудничество, на наш взгляд, более оправданно, особенно если главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости. «Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от автомобилей, оснащенных двигателями на сверхлегком топливе, достаточно туманна. Необходимо сначала получить водород, а из водорода уже с помощью дорогущих топливных элементов — электричество.

Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель, оснащенный гидравлическим или электромагнитным приводом клапанов. Это новшество позволит отказаться сразу от двух систем: регулировки фаз газораспределения и величины подъема клапанов. Да и КПД от этого нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить во вращательное движение массивные элементы системы газораспределения. Хотелось бы наконец увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой регулировки степени сжатия, теоретически он должен стать очень экономичным.

Дальнейшее развитие получат и маленькие «злые» моторчики, оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил и крутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной трубе, кстати говоря, может переехать и генератор, так как энергия выхлопных газов имеет большую величину, а практически не используется. Говоря о двигателях, не стоит забывать дизельные моторы, они, скорее всего, и получат численное превосходство в будущем, потому что уже сегодня в Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых.

ПЕРСПЕКТИВА

Двигатели с непосредственным впрыском, как дизельные, так и бензиновые, продолжают захват новых территорий. С дизельными моторами все более-менее ясно — предкамерные моторы сдают позиции, а вот двигателям с впрыском бензина в цилиндр потребуется еще доказать свою «состоятельность», чтобы потеснить под капотом привычные конструкции. Но активность ведущих фирм на этом направлении позволяет надеяться, что новое время не за горами.

Отечественная промышленность тоже сделала пусть запоздалый, но большой шаг вперед. Сейчас в России серийно выпускают два двигателя с четырехклапанными головками цилиндров, гидротолкателями клапанов и распределенным впрыском топлива: ЗМЗ-406 и ВАЗ-2112. Малыми сериями в Барнауле сделали первый в стране легковой дизель для автомобилей ВАЗ. Правда, по конструкторским решениям он весьма архаичен. Зато в Нижнем Новгороде пытаются освоить производство, а пока собирают из импортных деталей дизельный двигатель «Штайр» очень оригинальной конструкции: с непосредственным впрыском, насос-форсунками и головкой цилиндров, выполненной заодно с блоком. Над легковым дизелем работает и заволжский завод. Так что движение есть, пусть и в глубоком арьергарде мировой техники.

Двигатели Волжского автомобильного завода

Настало время поговорить немного о том, как же развивается двигателестроение на отечественных автомобильных заводах. Конечно, наше автомобилестроение отстает немного от зарубежного, но все же…

Увеличение рабочего объема — наиболее радикальный способ увеличения мощностных показателей двигателя. Рабочий объем определяется количеством цилиндров, их диаметром и величиной перемещения (ходом) поршня. Поскольку количество цилиндров — величина неизменная, варьировать можно только два последних параметра.

Диаметр цилиндра определяется конструкцией двигателя. Для его увеличения в двигателях с чугунными блоками цилиндров (F3R и ВАЗ) применяется расточка блока цилиндров для установки поршней большего диаметра с последующим хонингованием (нанесением микронеровностей) для задержки масляной пленки на рабочей поверхности стенки цилиндра. Наиболее просто изменение рабочего объема осуществляется в двигателях с алюминиевым блоком цилиндров и вставными мокрыми гильзами (двигатель УЗАМ). В этом случае для изменения диаметра цилиндра используют соответствующие новые гильзы, имеющиеся в ассортименте. Следует иметь в виду, что посадочный диаметр гильз для двигателя УЗАМ имеет различные типоразмеры — для двигателей УЗАМ-412 и УЗАМ-331.10 рабочим объемом 1.5л применялись гильзы внутреннего диаметра 82 мм с посадочным диаметром 89 мм, а для двигателей УЗАМ большего рабочего объема — гильзы с посадочным диаметром 92 мм. Для установки гильз внутренним диаметром 85 мм в стандартный блок 1.5 л можно проточить наружный диаметр посадочной части гильзы до 89 мм; в продаже также встречаются уже проточенные гильзы внутренним диаметром 85 мм под блок цилиндров 1.5. Установить в такой блок без его доработки гильзы внутренним диаметром 88 мм невозможно, т.к. толщина стенки получается всего 0,5 мм. Однако можно расточить блок цилиндров 1.5 л под установку гильз с посадочным диаметром 92 мм, но это требует применения сложного специального оборудования. Блоки же цилиндров рабочим объемом более 1.5 л имеют посадочные места под гильзы диаметром 92 мм, поэтому в них можно установить гильзы как с внутренним диаметром 85 мм, так и с внутренним диаметром 88 мм.

2. Анализ тенденций развития автомобильного двигателестроения

2.1 Тенденции развития рабочего процесса

Анализ имеющейся технической информации по двигателям зарубежных аналогов показывает, что основной тенденцией развития рабочего процесса, отслеживающейся на протяжении последних десятилетий, является снижение выбросов токсичных веществ и расхода топлива. Она же, по всей видимости, сохранится и в ближайшем будущем.

Для принятия оптимальных решений по концепции рабочего процесса двигателей после 2000 г. необходимо провести ряд работ по проверке эффективности, технологической возможности и экономической целесообразности следующих направлений.

Повышение степени сжатия рабочего тела. При этом ограничение детонации на режиме полных нагрузок снимаются устройствами, снижающими давление конца сжатия или ограничивающими максимальное давление сгорания. К примеру, такое решение реализовано в серийном двигателе фирмы Mazda, где достигнуто снижение расхода топлива на автомобиле 10…15%

Использование двигателей уменьшенного рабочего объема при повышении мощностных показателей за счет применения наддува. Такое решение на автомобиле Мерседес класса “С” дало экономию расхода топлива 14% (2,3 л. с компрессором, 142 кВт, против 2,8 л., 142 кВт). Часто применяется акустический наддув, в том числе и управляемый. Данное мероприятие реализуется применением впускной трубы с переменной длиной воздушного тракта. Обычно такая система является двухрежимной. Для работы двигателя на высоких оборотах, соответствующих максимальной мощности, реализуется короткий трубопровод; при настройке на обороты, близкие к зоне максимального момента — длинный. Поток воздуха направляют заслонки с сервоприводом. Подобная система есть, например, в новейших моторах ЕСОТЕС фирмы OPEL.

Отключение части цилиндров на режимах малых нагрузок. По данным фирмы Альфа Ромео снижение расхода топлива:

Ш при отключении топливоподачи — до12%;

Ш при отключении топливоподачи и закрытии клапанов — до 25%;

Ш при полном отключении части цилиндров — до 40%.

Использование частичного качественного регулирования двигателя на «бедных смесях», за счет применения:

Ш организации тангенциального вихревого движения заряда, обеспечивающего более качественное смесеобразование и сгорание. Достигнутый на двигателях ВАЗ 2106, 21063 эффект по расходу топлива 3…5%, по токсичным выбросам 30…50%;

Ш организации управляемого расслоенного смесеобразования с формированием продольного вихревого движения заряда за счет направленного впрыска топлива и струйной подачи дополнительного воздуха на открытый впускной клапан;

Ш непосредственного впрыска топлива в цилиндры (реализовано в двигателе фирмы Мицубиси);

Ш снижения энергии воспламенения смеси за счет микродобавок легко воспламеняемых компонентов (водород).

Ш повышения энергии и количества источников воспламенения. Один из способов повышения эффективности системы зажигания — камера сгорания с несколькими свечами зажигания. В этом случае значительно сокращается путь фронта пламени, распространяющегося по камере сгорания, а следовательно, повышается скорость сгорания топливо-воздушной смеси, расширяются пределы ее обеднения, улучшаются антидетонационные свойства двигателя. Так, две синхронно работающие свечи, установленные на серийном двигателе NISSAN, обеспечили возможность его работы на стехиометрической смеси с 33%-ой рециркуляцией отработавших газов, что резко снизило выбросы оксидов азота. Но и это не предел: если система зажигания использует 2 свечи и сделать асинхронным, то, по данным НАМИ, эти выбросы можно уменьшить еще на 10-15%. Причем, одновременно заметно улучшатся и антидетонационные качества двигателя. Экзотическую четырех свечевую систему разработала фирма MAZDA для своего экспериментального четырех клапанного двигателя рабочим объемом 1290 см³. На нем три свечи располагаются по периферии шатровой камеры сгорания и одна в центре. Для создания интенсивного вихря на впуске на частичных нагрузках, отключается один из двух впускных каналов. Двигатель имеет степень сжатия 12 и оборудован антитоксичной системой с трехкомпонентным нейтрализатором. По данным фирмы, распространение пламени от периферии к центру предотвращает проникновение несгоревшей смеси в щели между гильзой, поршнем и верхним компрессионным кольцом и в масляную пленку, уменьшает жесткость процесса и температуру сгорания, благодаря чему снижаются выбросы углеводородов и оксидов азота при сохранении термического КПД. Отмечается улучшение на 16% топливной экономичности по сравнению с базовым односвечным двигателем, работающим на стехиометрической смеси, и на 12% при работе с одной центральной свечой на бедных смесях.

Применение форсунок с регулируемыми параметрами факела совместно с системами раннего испарения топлива (электроподогрев).

Отработка алгоритмов управления составом смеси на переходных режимах с применением широкополосного ?-зонда и моделированием настенной топливной пленки.

Управление фазами ГРМ по нагрузочному и скоростному режимам работы двигателя. Использование регулируемой системы впуска для повышения крутящего момента двигателя в зоне низких оборотов коленчатого вала при сохранении высоких мощностных показателей. Практически реализовано несколько схем механизма изменения фаз. Большинство фирм использует сервопривод, который через специальную передачу изменяет угловое положение распределительного вала. Такой механизм применим на тех двигателях, где впускными и выпускными клапанами управляют разные распределительные валы. BMW сегодня предлагает два варианта этой системы (фирменное название — VANOS). Более простой изменяет только угловое положение распределительного вала, управляющего впуском, и применяется на шестицилиндровых бензиновых двигателях с 1993 г. На модели М3 установлен механизм, получивший название «Double VANOS», который изменяет положение обоих валов. Такая система значительно дороже и требует дополнительного обслуживания, зато результаты впечатляют. Крутящий момент мотора BMW — М3 близок к максимальному в диапазоне от 3000 до 6000 об/мин коленчатого вала. Свой путь избрала японская фирма HONDA. На ее двигателях, оснащенных системой VTEC, распределительный вал снабжен «лишними» кулачками. Клапанами управляют кулачки с разным профилем, позволяя изменять в зависимости от режима работы не только фазы, но и высоту подъема клапана. Результаты — 160 л.с. (117 кВт) и 150 нм для двигателя объемом 1595 см³.

2.2 Материалы в современном двигателестроении и тенденции применения новых материалов

a) Блок цилиндров.

Наиболее часто применяются литейные алюминиевые сплавы и высокопрочные чугуны. Корпус водяного насоса выполняется в отливке.

К перспективным типам конструкции блоков цилиндров относятся моноблоки и блок-картеры из специальных легких сплавов и блоки с различными видами покрытий цилиндров и залитыми вставками из композиционных материалов, целями создания которых являются существенное снижение массы блока (до ~50%), реализация минимального теплового зазора в паре цилиндр-поршень и обеспечение высокого ресурса пар трения цилиндр-поршень-поршневые кольца.

Основной проблемой создания, указанных выше блоков, является отработка высокоэффективной технологии изготовления. К блокам такого типа относятся блоки из заэвтектических высококремнистых алюминиевых сплавов, блоки с покрытием типа Nicasil, NCC, блоки армированные различными минеральными волокнами и керамическими материалами.

В качестве перспективных материалов для изготовления блоков цилиндров рассматривается и литейный алюминиевый сплав.

Гильзы цилиндра изготавливаются из трубы, выполненной из стандартного алюминиевого сплава или заэвтектического сплава типа «390» с антифрикционной обработкой рабочей поверхности оксидированием, покрытием Nicasil или др., либо из серого чугуна с финишной обработкой.

Кроме того, дальнейшее развитие получают компактные тонкостенные негильзованные чугунные блоки цилиндров повышенной жесткости, отличающиеся высокой компактностью конструкции, что особо важно для уменьшения продольного габарита двигателя.

b) Головка блока цилиндров.

Применяются литые тонкостенные головки блоков цилиндров, обеспечивающие достаточную прочность конструкции при сложных компоновочных схемах, характерных для многоклапанных двигателей. В настоящее время в качестве перспективного направления рассматривается использование керамических обкладок выпускных каналов для снижения тепловых потоков, что приводит к снижению детонации, увеличивает надежность камеры сгорания за счет уменьшения на 20?С температуры в районе седла. Температура газов увеличивается на 30?С, что важно с точки зрения снижения токсичности на фазе прогрева (за счет сокращения и ускорения выхода нейтрализатора на рабочий режим).

В качестве перспективных материалов для изготовления головок блока цилиндров рассматривается жаропрочный композиционный износостойкий сплав, исключающий направляющие втулки клапанов. Композиционные составляющие делаются на основе коротковолокнистой кремнеземной керамики, пропитанной литейным алюминиевым сплавом. Процент содержания керамики позволяет изменять в широком диапазоне теплофизические и механические свойства композитного материала, не повышая при этом общую массу детали.

c) Крышка головки блока, держатели сальников.

Сплав магния или пластмасса ПА 6.6.

d) Коленчатый вал.

Применяются полноопорные, стальные и чугунные коленчатые валы с уменьшенной шириной коренных шеек для снижения потерь трения.

e) Шатун.

В качестве перспективы рассматриваются варианты конструкции, исключающие применение верхней втулки шатуна. С целью повышения надежности работы и снижения массы детали рассматриваются варианты применения в качестве материалов:

Ш композиционного материала на основе алюминия.

Ш титанового сплава.

f) Детали механизма газораспределения.

Перспективный вариант впускного клапана — выполнение его из сплава титана или алюминида титана (удельный вес 3,5 г/см³) с целью облегчения и повышения ресурса. Клапан выпускной делается либо охлаждаемым, либо выполняется из жаропрочных композитов (алюминида титана или керамика типа SIC, SI₃N₄). Пружина клапана выполняется из сплава титана. Направляющие втулок клапанов выполняются из порошковой композиции железо-медь-графит, обладающей высокой теплопроводностью и низким коэффициентом трения.

Привод клапанов от распределительного вала осуществляется через гидрокомпенсаторы зазоров. Толкатель клапана — алюминиевый сплав с антифрикционным покрытием, например оксидированием, хотя новым веяньем автомобильного прогресса, все больше и больше мировых производителей переходят с гидрокомпенсаторов на обычные толкатели.

g) Поршень.

Перспективным является облегченный поршень, выполненный по технологии объемной штамповки с кристаллизацией под давлением, с уменьшенной поверхностью тронка за счет его подрезания в зоне бобышек, с овалобочкообразным профилем рабочей поверхности, уменьшенными зазорами, несущий три (или даже два) поршневых кольца.

В качестве перспективных поршневых материалов рассматриваются:

Ш заэвтектический сплав с содержанием кремния до 20%;

Ш жаропрочный композиционный сплав на основе алюминия.

h) Картер масляный:

Ш литейный магниевый сплав;

Ш стандартный литейный алюминиевый сплав.

2.3 Перспективы развития конструкции основных деталей двигателя

К перспективным типам конструкции блоков цилиндров относятся моноблоки и блок-картеры из легких сплавов с различными видами покрытий цилиндров и залитыми вставками из композиционных материалов. Головки блока цилиндров в перспективе будут блочными с применением конструкторских и технологических мер по снижению тепловых потоков через стенки в систему охлаждения, что приведет к снижению температуры стенок камеры сгорания, вероятности появления детонации, увеличит надежность камеры сгорания.

Во многих странах сейчас вводятся ограничения по шуму (74 дБ) с последующим понижением до 64 дБ.

Поэтому в настоящее время применяется:

a) Капсюлирование силового агрегата, системы выпуска.

b) Непосредственный привод клапанов с жесткими толкателями.

c) Привод распределительного вала зубчатым ремнем.

d) Максимальное снижение массы возвратно -поступательно движущихся деталей КШМ.

e) Повышение жесткости силового агрегата (двигатель + КПП) за счет жесткого масляного картера и дополнительного крепления к нему КПП.

3. Обоснование выбора исходных данных

Выбор тактности.

Преимущества 2-х тактных двигателей:

Ш большая равномерность выходного крутящего момента;

Ш лучшие условия работы подшипников коленчатого вала;

Ш высокая удельная мощность.

Недостатки 2-х тактных двигателей:

Ш большая чувствительность к величине противодавления выпуску вследствие резкого ухудшения наполнения цилиндра;

Ш повышенный расход воздуха (еще и на продувку) — увеличение воздухопровода и воздушных фильтров;

Ш более высокий уровень шума и дымности отработавших газов;

Ш худшие пусковые свойства вследствие плохой очистки и наполнения цилиндра при пуске;

Ш большие габариты в длину из-за увеличения шага двигателя;

Ш большие габариты в высоту из-за высоких размеров поршня, гильзы и шатуна;

Ш высокая токсичность (CH);

Ш низкая надежность колец из-за работы по окнам.

Все это неприемлемо в двигателях малолитражных автомобилей. Поэтому выбран двигатель 4-х тактного типа.

Выбор вида охлаждения.

Преимущества системы жидкостного охлаждения:

Ш эффективность теплоотвода от стенок цилиндра вследствие более высокой теплоемкости и теплопроводности охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом;

Ш возможность применения блочных конструкций (блок-картер, блочная головка цилиндров). Это значительно повышает жесткость корпуса, сокращает шаг двигателя, общую длину двигателя, уменьшает длину коленчатого вала, тем самым повышая его жесткость и прочность на кручение;

Ш снижение общего уровня шума вследствие демпфирования колебаний стенок цилиндра водяной рубашкой.

Все эти преимущества для легкового автомобиля очень важны. Основным же недостатком жидкостного охлаждения является повышенная чувствительность к увеличению температуры окружающей среды. При этом падает перепад температуры между воздухом и поверхностью водо-воздушного радиатора. Но поскольку в наших широтах t_{воздуха} редко превышает 25-30°С, то это не страшно. Система заполняется антифризом поэтому размораживание двигателя зимой не произойдет.

При равных условиях охлаждение водой приблизительно в 175 раз эффективней. На практике этого не происходит т.к. воздух холоднее воды, его скорость выше и больше обдуваемая поверхность. Однако при воздушном охлаждении существует проблема охлаждения критических зон (напр. перемычки между цилиндрами).

Выбор числа и расположения цилиндров.

При выборе компоновочной схемы руководствуются:

Ш номинальной мощностью;

Ш предназначением двигателя, тактностью;

Ш динамической уравновешенностью;

Ш равномерностью выходного момента;

Ш габаритными ограничениями;

Ш видом охлаждения.

Исходя из данных условиях нашего агрегата, водяного охлаждения и применяемости двигателя можно выбрать рядную схему двигателя.

Выбор основных геометрических параметров двигателя.

Для того чтобы определить рабочий объем цилиндра необходимо задаться Pe (средним эффективным давлением). У автомобильных двигателей такого класса Pe = 0,6-1,3 МПа. Для оценочного расчета Vh, Pe возьмем равным — 1,1 МПа, в дальнейшем Pe будет рассчитано более точно.

Где : Ne = 90 кВт — заданная мощность двигателя;

m = 2 — коэффициент тактности двигателя;

Pe = 1,1 МПа — среднее эффективное давление;

n = 5000 об/мин — обороты.

Т.е. рабочий объем двигателя 2,0 л. Следовательно, рабочий объем одного цилиндра 0,49 л.

Полученный рабочий объем немного выше, чем у двигателей ВАЗ 21063, следовательно, новый двигатель можно считать на основе конструкции уже имеющихся, увеличив рабочий объем и применив некоторые из современных конструктивных решений, что позволит получить современный и вполне реальный двигатель.

Основные геометрические параметры примем следующие:

Ш степень сжатия =9

Ш отношение радиуса кривошипа к длине шатуна = 0,3

Ш S = 80мм; D = 89 мм, таким образом, Vh=0,49 дм³.

3.1 Описание конструкции двигателя

Проектируется 4-х цилиндровый, 4-х тактный бензиновый двигатель.

Блок цилиндров, материал: СЧ24-44.

Двигатель рядный с чугунным блоком несущего типа.

Блок без гильз, что с одной стороны увеличивает тепловой зазор, но с другой стороны технология изготовления такого блока более проста. Это позволяет уменьшить межцилиндровое расстояние. Блок данной конструкции обеспечивает необходимую жесткость, надежность внутренних полостей и технологичность изготовления. Блок цилиндров коробчатой формы состоит из верхних и нижних плит с отверстиями цилиндров, продольных стенок и поперечных перегородок. Система стенок и перегородок образует внутреннюю герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости (рубашку охлаждения). Кроме того, в блоке имеются отверстия под болты крепления головки, отверстия для перепуска воды и масла из блока в головку цилиндров, через установочные втулки для головки.

Коленчатый вал, материал: сталь 40ХН.

Коленвал работает в тяжелых условиях, на него действуют переменные силы давления газов, силы инерции, вызывающие в элементах КВ скручивающие и изгибающие моменты, а также крутильные поперечные и продольные колебания вала. В результате циклического действия этих сил и моментов, все элементы КВ работают на усталость при неизбежной концентрации напряжений в отдельных местах. Трущиеся поверхности работают на износ при высоких удельных давлениях. Поэтому КВ должен отвечать ряду требований:

a) динамическая и статическая уравновешенность;

b) обеспечение работы цилиндров в определенном порядке и уравновешенностью двигателя;

c) высокая механическая прочность и жесткость;

d) высокая усталостная прочность;

e) высокая износостойкость трущихся поверхностей;

f) минимальный удельный вес и габариты;

g) отсутствие высоких амплитуд крутильных колебаний в рабочем интервале чисел оборотов.

Исходя из этих требований: КВ цельный, на подшипниках скольжения, закрепленный на нескольких опорных подшипниках с параллельным подводом смазки, подвесного типа. Масло подается к наружным поверхностям коренных шеек. Далее по каналам в КВ поступает внутрь коренных шеек, далее масло двигается по каналу в шатунные шейки и изнутри по каналам к наружным поверхностям шатунных шеек. В данном двигателе применена равномерная продольно-симметричная схема КВ (РПСС), т.к. данная схема имеет ряд преимуществ:

Ш динамическое самоуравновешивание вала (частичное или полное).

Ш высокопрочная технологичность вала, т.к. каждая пара соосных кривошипов может обрабатываться одновременно.

В нашем случаи вал данной схемы в 4-х цилиндровом двигателе, остаются неуравновешенными силы инерции 2-го порядка. Чтобы их уравновесить, необходимо вводить в конструкцию двигателя две одинаковые противоположно вращающиеся массы со скоростью 2?, что внесло бы существенное усложнение в конструкцию. Такое уравновешивание делают на двигателях автомобилей высокого класса. Поскольку данные силы существенных вибраций не вызывают, уравновешиваться они не будут.

Все переходы на КВ выполняются плавными, для уменьшения концентрации напряжений, несколькими радиусами. У выхода смазочного отверстия острые кромки не допускаются. Щеки овальной формы, выполнены заодно с противовесами, выполняющими роль разгрузки коренных подшипников.

Осевая фиксация КВ от перемещения осуществляется упорными полукольцами на 3-й коренной шейке. Передача момента потребителю осуществляется непосредственно с КВ посредством маховика. КВ несет элементы уплотнения по маслу (сальники). Привод вспомогательных агрегатов осуществляется с носка двигателя посредством зубчатого ремня.

Головка блока цилиндров, материал: АЛ-4.

Условия работы: силы давления предварительной затяжки силового крепежа, высокие температуры.

Эти требования выполняются за счет необходимой жесткости конструкции и организацией эффективного теплоотвода, при общем стремлении наиболее равномерного распределения температур.

Головка по возможности максимально симметричная, чем достигается равнопрочностные характеристики. Головка блочная, с верхнеклапанной схемой, 4 клапана на цилиндр, с двумя расположенным в верху кулачковыми валами. В верхней плите головка имеет опорные площадки для установки деталей привода клапанов, отверстия для силовых болтов. В нижней плите расположено огнеупорное днище с седлами посадки клапанов, опорная поверхность газового стыка, в которой имеются отверстия для перетекания масла и охлаждающей жидкости. Внутри головки имеются газо-воздушные каналы и система перегородок, образующих рубашку охлаждения. С одной стороны головки выпускной коллектор, с другой стороны впускной. В головку сбоку установлены форсунки так, что факел направлен на перемычку, которая находится между клапанами. Форсунки соединены топливной рампой.

Клапан обычный, тарельчатый, с плоским днищем. Приводится в действие распределительным валом через кулачек, задача которого, выбирать зазор, между клапаном и валом.

Шатун, материал: 40Х.

Условия работы: знакопеременные нагрузки, работает одновременно как поступательно, так и вращательно. Работает на усталость.

Шатун обычной конструкции. С двутавровым сечением стержня. Прямым разъемом нижней головки. Масло к нижней головке подводится через КВ. Верхняя смазывается масляным туманом подающаяся с картера. Крышка нижней головки шатуна крепится двумя болтами.

Поршень, материал: АК4.

Условия работы: высокие механические нагрузки (для данной конструкции Pz до 6,3 МПа). Высокие температурные нагрузки. Поршневые кольца работают на износ в условиях плохой смазки.

Необходимо: обеспечить минимальный вес, при достаточной прочности и жесткости, максимальный срок службы, герметичность полости цилиндра, минимальный расход масла на угар (тем самым закоксовку колец), надежная смазка трущейся пары, эффективный теплоотвод, высокая износостойкость тронка, поршневых колец, канавок и т.п.

Поршень тронковый, цельный. Днище головки поршня плоское, смесеобразование объемное. Цилиндрическая часть поршня имеет 3 канавки, две компрессионные и одна маслосъемная. В конструкции поршня предусмотрены три кольца для обеспечения достаточного уплотнения и теплоотвода, а так же равномерной смазки цилиндра по всей длине стенки рабочего хода цилиндра.

Поршневой палец пустотелый, на свободной посадке. От осевого перемещения закрепленный стопорными кольцами.

Описание работы системы смазки двигателя.

Запас масла находится в картере. Оттуда через маслозаборник масло поступает в шестеренчатый насос, установленный непосредственно на носке КВ. Из насоса при превышении заданного давления масло через редукционный клапан может быть слито обратно в картер. Из насоса масло попадает в масляный фильтр, в котором также есть редукционный клапан, который, если фильтр засорился отправляет масло в обход фильтрующего элемента. Из масляного фильтра масло поступает в главную масляную магистраль, из которой распределяется по коренным шейкам, из которых по каналам в КВ двигается к шатунным отверстиям. Из подшипников скольжения масло выдавливается в картер. В маслораздаточной канавке коренной шейки имеется канал в масляную форсунку, которая брызгает на поршень, с целью его охлаждения, тем самым снижает детонацию. В форсунках имеются клапана, которые срабатывают в зависимости от давления в системе. Из центрального масляного канала по каналу в блоке масло двигается в головку. В вертикальном масляном канале имеется противосливной клапан, предотвращающий слив масла во время стоянки. В головке масло распределяется по двум канавкам из которых по индивидуальным сверлениям подается к шейкам распредвалов и толкателям. Из толкателей и от распредвалов масло собирается в полость внизу головки и оттуда по сверлению сливается в картер.

Описание работы системы управления двигателем с распределенным впрыском топлива.

В данную систему входят:

a) Система подачи топлива.

b) Система зажигания.

c) Система гашения детонации.

d) Система кондиционирования воздуха.

e) Система вентиляции картера.

f) Система впуска воздуха.

g) Вентилятор системы охлаждения.

Основу системы управления двигателем составляет электронный блок управления (ЭБУ). Он является центральным устройством управления системы впрыска топлива. Он постоянно получает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность выбросов и рабочие показатели автомобиля. ЭБУ имеет программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). В ППЗУ находится общая программа, которая содержит последовательность рабочих команд (алгоритмы управления) и различную калибровочную информацию. Калибровочная информация представляет собой данные управления холостым ходом и т. п., которые в свою очередь зависят от массы автомобиля, типа и мощности двигателя, от передаточных чисел трансмиссии и других факторов.

В ЭБУ стекаются данные от различных датчиков.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ).

ДТОЖ представляет собой термистор, т. е. резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Датчик установлен в потоке охлаждающей жидкости двигателя на отводящем патрубке охлаждающей рубашки в головке цилиндров. Температуру охлаждающей жидкости ЭБУ рассчитывает по падению напряжения на ДТОЖ, имеющие переменное сопротивление.

Датчик детонации (ДД).

В датчике детонации использован пьезоэлектрический кристалл, который во время вибрации генерирует напряжение. Он выполнен таким образом, что резонансная частота его характеристики совпадает с частотой детонации. Датчик установлен в верхней части блока цилиндров. При обнаружении детонации датчик генерирует сигнал переменного тока, который поступает непосредственно на ЭБУ. ЭБУ обрабатывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения обнаруженной детонации.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ).

На двигателе применен датчик массового расхода воздуха термоанемометрического типа. Он расположен между воздушным фильтром и шлангом впускной трубы. В датчике используются 3 чувствительных элемента. Один из элементов определяет температуру окружающего воздуха, а два остальные нагреваются до определенной температуры, превышающей температуру окружающего воздуха. Во время работы двигателя проходящий воздух охлаждает нагреваемые элементы. Массовый расход воздуха определяется путем измерения электрической мощности, необходимой для поддержания заданной температуры. Получая частотные сигналы ДМРВ, и используя свои таблицы данных, ЭБУ определяет длительность импульса открытия форсунок, которая соответствует сигналу массового расхода воздуха.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ).

Расположен сбоку на дроссельном патрубке, напротив рычага управления дроссельной заслонкой. ДПДЗ представляет собой резистор потенциометрического типа. При повороте дроссельной заслонки, в ответ на движение педали акселератора, ось дроссельной заслонки передает свое вращательное движение на ДПДЗ. При этом происходит изменение напряжения входного сигнала на ДПДЗ. Данные о положении дроссельной заслонки необходимы ЭБУ для расчета сигналов (импульсов) управления форсунками.

Датчик положения КВ (ДПКВ).

ДПКВ подает в ЭБУ сигнал частоты вращения и положения КВ. Этот сигнал представляет собой серию повторяющихся электрических импульсов напряжения, генерируемых датчиком при вращении задающего диска вместе с КВ (задающий диск установлен на носке КВ). Эти сигналы используются ЭБУ для генерации импульсов управления форсунками и системой зажигания.

Датчик скорости автомобиля (ДСА).

ДСА выдает импульсный сигнал, который информирует ЭБУ о скорости движения автомобиля. ДСА установлен на приводе спидометра, чтобы частота сигнала была пропорциональна скорости вращения ведущих колес.

CO-потенциометр.

Расположен в моторном отсеке на передней стенке коробки воздухозаборника, представляет собой резистор потенциометрического типа. Он подает в ЭБУ сигнал напряжения, который используется для нормированного уровня концентрации окиси углерода (CO) в отработавших газах на холостом ходу. CO-потенциометр представлен в системе питания в роли вина качества смеси, как в карбюраторе. Если CO-потенциометр отрегулирован по верхнему пределу, то топливно-воздушная смесь будет обедненной и содержание CO в отработавших газах будет ниже 1%, и наоборот.

Описание работы системы подачи топлива.

Функцией системы подачи топлива является обеспечение подачи необходимого количества топлива в двигатель на всех рабочих режимах. Топливо подается в двигатель, форсунками, установленными в головке двигателя. В состав системы входят: электробензонасос, реле включения электробензонасоса, топливный фильтр, топливомагистрали (подающая и сливная), рампа форсунок (топливные форсунки, регулятор давления топлива, штуцер контроля давления топлива внешним прибором).

Электробензонасос, установленный в топливном баке или выносного типа, подает топливо через магистральный топливный фильтр и линию подачи топлива на рампу форсунок. Электробензонасос подает топливо с давлением P>280 кПа. Регулятор давления на рампе форсунок поддерживает постоянный перепад давления между впускной трубой и нагнетающей магистралью рампы. Избыток топлива сверх потребного форсункам, возвращается в топливный бак по отдельной магистрали слива. ЭБУ включает топливные форсунки попарно. Пары форсунок включаются попеременно через каждые 180? поворота КВ. Эта схема называется попеременным синхронным двойным впрыском. Точное дозирование топлива обеспечивается точным регулированием давления топлива и управления форсунками. Подаваемое напряжение на форсунку включает электромагнитный клапан форсунки. Электромагнитный клапан открывает закрытый шариковый клапан, подавая во впускной канал конический факел топлива под давлением. Поскольку давление топлива поддерживается постоянным регулятором, объем подаваемого топлива пропорционален времени, в течение которого форсунка находится в открытом состоянии (длительность импульса). ЭБУ поддерживает оптимальное соотношение состава смеси путем изменения длительности импульсов.

Описание работы системы зажигания.

В данной системе зажигания применяется модуль зажигания, состоящий из 2-х катушек и электронным управлением. Система не требует регулировок опережения угла зажигания, т.к. эту роль управление зажиганием несет ЭБУ. В системе зажигания применяется метод распределения искры, называемый методом «холостой искры». Цилиндры двигателя объединены в рабочие пары 1-3 и 2-4 и искрообразование происходит одновременно в двух цилиндрах — в цилиндре, в котором заканчивается такт сжатия (рабочая искра), и в цилиндре, в котором происходит такт выпуска (холостая искра).

Управление зажиганием в системе осуществляется с помощью электронного сигнала зажигания ЭБУ. Для точного управления зажиганием ЭБУ использует следующую информацию:

Ш частота вращения КВ (обороты);

Ш нагрузка двигателя (массовый расход воздуха);

Ш температура охлаждающей жидкости;

Ш положение КВ.

Описание работы системы гашения детонации.

Продолжительная детонация может привести к серьезным повреждениям внутренних деталей двигателя. Для гашения детонации применяется электронная система гашения детонации. Система обеспечивает гашение детонации путем корректировки угла опережения зажигания. Она позволяет использовать максимальный угол опережения зажигания, обеспечивая тем самым хорошие ездовые качества и нужный расход топлива. Чувствительным элементом системы является датчик детонации, определяющий детонацию при работе двигателя. Система управляет детонацией индивидуально по цилиндрам, т.е. она может определить, в каком цилиндре происходит детонация и уменьшить угол опережения зажигания только для этого цилиндра или для любой комбинации цилиндров.

Описание работы системы кондиционирования воздуха.

ЭБУ следит за входным сигналом запроса на включение кондиционера и регулирует нагрузку компрессора кондиционера на двигатель с помощью реле управления муфтой компрессора. ЭБУ использует этот сигнал, чтобы:

1. Отрегулировать положение регулятора х.х. для компенсации дополнительной нагрузки, создаваемой для двигателя компрессором кондиционера.

2. Включить реле, управляющее работой компрессора кондиционера.

Описание работы системы охлаждения.

Система охлаждения служит для охлаждения нагревающихся деталей двигателя и поддержания рабочей температуры охлаждающей жидкости. Система охлаждения данного типа: жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости, с расширительным бачком. Система имеет насос охлаждающей жидкости, неразборный термостат, электровентилятор, радиатор, трубопроводы, шланги, сливные пробки. Привод насоса осуществляется от зубчатого ремня привода распределительного вала. В систему охлаждения подключена печка отопителя салона.

Система охлаждения заполняется антифризом или тосолом, который предотвращает замерзание и образование накипи в системе. Жидкость представляет собой этиленгликолевую смесь с антикоррозийными антивспенивающими присадками.

При работе двигателя нагретая в рубашке охлаждения жидкость поступает через выпускной патрубок по шлангу в радиатор для охлаждения или в термостат, в зависимости от положения клапана термостата. Далее охлаждающая жидкость всасывается насосом и направляется в рубашку охлаждения двигателя для последующего охлаждения. По шлангам малого диаметра обеспечивается циркуляция жидкости для прогрева горючей смеси, а так же прогрев зоны дроссельной заслонки (в дроссельном патрубке). К системе охлаждения подключена печка отопителя салона автомобиля.

Рис. 3.1. Система охлаждения двигателя ВАЗ-2111:

1 — расширительный бачок; 2 — пробка; 3 — пароотводящий шланг; 4 — шланг от расширительного бачка к термостату; 5 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 — дроссельный узел; 7 — подводящий шланг радиатора; 8 — отводящий шланг радиатора; 9 — левый бачок радиатора; 10 — правый бачок радиатора; 11 — сливная пробка; 12 — сердцевина радиатора; 13 — кожух электровентилятора; 14 — крыльчатка электровентилятора; 15 — электродвигатель; 16 — зубчатый шкив насоса; 17 — крыльчатка насоса; 18 — зубчатый ремень привода распределительного вала; 19 — отводящий патрубок радиатора отопителя; 20 — подводящая труба насоса; 21 — кран; 22 — радиатор отопителя; 23 — шланг отвода жидкости от дроссельного патрубка; 24 — шланг подвода охлаждающей жидкости к дроссельному патрубку; 25 — датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 26 — выпускной патрубок; 27 — подводящий патрубок отопителя; 28 — термостат; 29 — датчик уровня охлаждающей жидкости.

Описание работы вентилятора системы охлаждения.

ЭБУ управляет реле включения электровентилятора системы охлаждения двигателя. Электровентилятор включается и выключается в зависимости от температуры двигателя (от 100?С до 105?С), частоты вращения КВ, работы кондиционера и других факторов.

Описание работы системы вентиляции картера.

Система вентиляции картера обеспечивает удаление картерных газов. В отличие от некоторых других систем вентиляции картера, в системе с распределенным впрыском топлива атмосферный воздух в картер не подается. Система имеет три шланга. Первый шланг (8) представляет собой шланг большого диаметра, по которому картерные газы поступают в маслоотделитель. Второй и третий шланги (шланги первого и второго контуров) представляют собой два дополнительных шланга (один малого диаметра (3), другой большого (5)), по которым картерные газы, прошедшие маслоотделитель, подаются в камеру через дроссельный патрубок. Маслоотделитель расположен в крышке головки цилиндров. Первый контур имеет калиброванное отверстие (жиклер) в дроссельном патрубке. От маслоотделителя к жиклеру идет шланг малого диаметра. Шланг большего диаметра (шланг второго контура) идет от маслоотделителя к шлангу впускной трубы (пространство перед дросселем).

На режиме холостого хода все картерные газы подаются через жиклер первого контура (шланг малого диаметра). На этом режиме во впускной трубе создается высокое разрежение, и картерные газы эффективно отсасываются в пространстве за дросселем. Жиклер ограничивает объем отсасываемых газов, чтобы не нарушалась работа двигателя на холостом ходу.

На режимах под нагрузкой, когда дроссельная заслонка открыта частично или полностью, через жиклер первого контура проходит небольшое количество картерных газов. В этом случае их основной объем проходит через второй контур (шланг большего диаметра) в шланг впускной трубы перед дроссельным патрубком и затем сжигается в камере сгорания.

Рис. 3.2. Схема вентиляции картера двигателя:

1 — ресивер; 2 — дроссельный патрубок; 3 — шланг первого контура; 4 — шланг впускной трубы; 5 — шланг второго контура; 6 — крышка головки цилиндров; 7 — сетка маслоотделителя; 8 — вытяжной шланг

Описание работы системы впуска воздуха.

Система впуска воздуха состоит из каналов в головке цилиндров, впускной трубы, ресивер, дроссельного патрубка, шланга впускной трубы, датчика массового расхода воздуха, воздушного фильтра, заборника воздушного фильтра.

Наружный воздух всасывается через патрубок забора воздуха, расположенный внизу под корпусом воздушного фильтра. Затем воздух проходит через фильтрующий элемент воздушного фильтра, датчик массового расхода воздуха, шланг впускной трубы и дроссельный патрубок. После дроссельного патрубка воздух направляется в каналы ресивера и впускной трубы, а затем в головку цилиндров и цилиндры.

Дроссельный патрубок дозирует количество воздуха, поступающего во впускную трубу. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, соединенная с приводом педали акселератора. Возможно внедрение «электронной педали», устраняющей механическую связь педали и дроссельной заслонки. Дроссельный патрубок имеет в своем составе датчик положения дроссельной заслонки и регулятор х.х.

Рис. 3.3 Схема системы питания.

1 — реле зажигания 2 — выключатель зажигания 3 — аккумуляторная батарея 4 — нейтрализатор 5 — датчик концентрации кислорода 6 — адсорбер с электромагнитным клапаном 7 — воздушный фильтр 8 — датчик массового расхода воздуха 9 — регулятор холостого хода 10 — датчик положения дроссельной заслонки 11 — дроссельный узел 12 — колодка диагностики 13 — тахометр 14 — спидометр 15 — контрольная лампа «CHECK ENGINE» 16 — блок управления иммобилайзером 17 — модуль зажигания 18 — форсунка	19 — регулятор давления топлива 20 — датчик фаз 21 — датчик температуры охлаждающей жидкости 22 — свеча зажигания 23 — датчик положения коленчатого вала 24 — датчик детонации 25 — топливный фильтр 26 — контроллер 27 — реле включения вентилятора 28 — электровентилятор системы охлаждения 29 — реле включения электробензонасоса 30 — топливный бак 31 — электробензонасос с датчиком указателя уровня топлива 32 — сепаратор паров бензина 33 — гравитационный клапан 34 — предохранительный клапан 35 — датчик скорости 36 — двухходовой клапан

Описание работы регулятора х.х. (РХХ).

ЭБУ управляет частотой вращения КВ на режиме х.х. с помощью РХХ. Он состоит из шагового электродвигателя и соединенного с ним клапана с конусной иглой. Клапан РХХ, установленный в обходном канале подачи воздуха дроссельного патрубка, на режиме х.х. выдвигается или убирается управляющими сигналами ЭБУ. РХХ регулирует частоту вращения КВ на режиме х.х. в соответствие с нагрузкой двигателя при закрытой дроссельной заслонке, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход дроссельной заслонки. Необходимая частота вращения КВ, при нормальных условиях работы двигателя, запрограммировано в ЭБУ.

Когда дроссельная заслонка закрывается при торможении двигателем, РХХ увеличивает количество воздуха, подаваемого в обход дроссельной заслонки, обеспечивая обеднение топливовоздушной смеси. Это снижает выбросы углеводородов и окиси углерода, происходящие при быстром закрытии дроссельной заслонки.

4.Тепловой и динамический расчет двигателя

4.1 Тепловой расчет двигателя

4.1.1 Результаты теплового расчета двигателя

В результате теплового расчета были получены индикаторные и эффективные показатели двигателя, построена внешняя скоростная характеристика. Также были получены диаграммы внутрицилиндровых процессов.

Далее приводится файл исходных данных для оптимизированного варианта расчета рабочего процесса для номинальной мощности:

Бензиновый 90 кВт

*** Вариант 001 ***

2 1 3 4 1

0.080 0.089 9.00 0.300 0.00 0.0

5300 0.920 1.000 0.740

580.0 390.0 560.0

44.00 110.0 0.870 0.130 0.000 0.000 0.000 0.000

55.00 2.00 -17.00 0.95

345.00 580.00 150.00 375.00

1.000 1.100 295.0 980.0

9.0 8.0 90.0 90.0

0.000 0.00 0.000 0.0

Файл протокола расчета для данного режима:

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС НА БАЗЕ

«РАЗОМКНУТОЙ» СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕСИВЕР — ЦИЛИНДР — КОЛЛЕКТОР

Бензиновый 90 кВт *** Вариант 001 ***

S = 80.0 D = 89.0 [мм]; Epsг = 9.0; Lam = .300; Ex = .000

Epsд = 8.3 Режим:

Pk = 1.00 [Бар] , Tk = 295.0 [K] N = 5300 [1/мин]

Pr = 1.10 [Бар] , Tr = 980.0 [К] Gt = 6.50 [кг/ч]

Vh = .498 [дм^3], Dros = 1.000 Cm = 14.13 [м/с]

dTk = 20.17 [К]

Температуры стенок камеры, [К] :

поршня TP = 580.0 гильзы TG = 390.0 крышки TK = 560.0

Параметры тепловыделения по И.И.Вибе:

Fiz = 55.0 M = 2.00 Fнс = -17.0 Xmax = .950

Фазы газораспределения: выпуск 150.0 — 375.0 впуск 345.0 — 580.0

Максимальные условные площади проходных сечений органов газораспределения: выпуск 8.00 [см**2] впуск 9.00 [см**2]

Условное давление конца сжатия Pc («компрессия») — 21.3 [Бар]

Усредненный показатель политропы сжатия на режиме 1.395

Эквивалентная условная площадь перетечек .00000 [мм**2]

Массовая доля потери рабочего тела из КС .000 %

Давление картерных газов .000 [Бар], темп-ра .0 [K]

Элементарный состав топлива C/H/O (доли от 1): .870/.130/.000

Примеси к топливу Сера/Азот/Вода, % : .000/.000/ .00

Стехиометрическое соотношение L0: 14.480 [кг возд./кг топл.]

Qн топлива при Alfa=1: 44.00 ; истинная: 39.38 [МДж/кг]

Qн смеси при Alfa=1: 2842.4 ; истинная: 2749.5 [КДж/кг]

*** ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЦИКЛА ***

Мощность 30.30 [кВт] 41.17 [л.с.]

Расход топлива 214.48 [г/кВт*ч] 157.86 [г/л.с.*ч]

Действительный коэффициент избытка воздуха .920

Действительный расход воздуха на цилиндр 86.57 [кг/ч]

Инд. КПД .381 Индикаторное давление 13.78 [Бар]

Инд. момент цилиндра 54.59 [Н*м] 5.56 [кг*м]

Максимальные значения по циклу:

Макс. давление сгорания 65.14 [Бар] при Fi= 15.5

Макс. температура цикла 2948.8 [K] при Fi= 25.0

Макс. жесткость процесса 2.649 [Бар/град] при Fi= 2.0

Среднецикловая температура 1057.79 [K]

Результирующая температура 1535.32 [K]

Средний коэфф-т теплоотдачи 388.66 [Вт/м^2*К]

Лучистая составляющая 1.67 [Вт/м^2*К] ( .43 % )

Коэффициент остаточных газов = .024

Коэффициент наполнения = .824

Коэффициент продувки = 1.000

Мощность насосных ходов = -.533 [кВт] ( -.72 [л.с.] )

*** ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ ***

Количество цилиндров 4 Мех. КПД .740

Мощность цилиндровая 22.42 [кВт] 30.46 [л.с.]

Мощность двигателя 89.68 [кВт] 121.85 [л.с.]

Удельный расход топлива 289.83 [г/кВт*ч] 213.32 [г/л.с.*ч]

Суммарный коэффициент избытка воздуха .920

Расход воздуха 346.26 [кг/ч]

Расход топлива 25.99 [кг/ч]

Эфф. КПД .282 Эффективное давление 10.20 [Бар]

Крутящий момент 161.58 [Н*м] 16.47 [кг*м]

END OF DATA

Ниже приводится иллюстративный материал к данному расчету:

Рис. 4.1.1.1. Графики изменения термодинамических параметров рабочего тела и параметров тепловыделения на рабочих ходах

Рис. 4.1.1.2. Графики изменения термодинамических параметров рабочего тела

4.1.2 Анализ результатов теплового расчета двигателя

Из полученных расчетных данных следует, что двигатель на номинальных оборотах (5300 об/мин) развивает мощность 89.68 кВт, (требовалось по заданию 90,0 кВт). При этом коэффициент наполнения равен 0,824. Данные высоких показателей удалось добиться за счет применения в конструкции этого двигателя четырех клапанов на цилиндр.

Расход топлива на номинальном режиме работы приемлемый (25,99 кг/час при 5300 об/мин и полном дросселе). Значение Pz не превышает 65,14 Бар на номинальном режиме, что для данного двигателя вполне приемлемо.

4.2 Динамический расчет двигателя

4.2.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета двигателя

Динамический расчет двигателя осуществляется с помощью программы dnmk.exe. Поскольку относительные размеры коленчатого вала, шатуна и поршня практически соответствуют коленчатому валу, шатуну и поршню двигателя ВАЗ-2106, то массогабаритные показатели указанных деталей задаем пропорционально кубу соотношения диаметров цилиндра проектируемого двигателя и прототипа.

Для ввода исходных данных для динамического расчета двигателя используется программа Poddnm.exe.

Цель расчета:

Нагрузки на шейки КВ и набегающие моменты на шейках.

Признак конструкции двигателя:

Одноблочный, шатуны центральные.

Признак повторяемости порядка работы цилиндров в отсеках.

Вспышки идут равномерно.

Конструктивные признаки:

Количество цилиндров в двигателе — 4.

Количество блоков в двигателе — 1.

Количество коленвалов в двигателе — 1.

Конструктивные параметры двигателя:

Угол между обратным направлением силы тяжести и главным блоком — 0 град.

Углы заклинки кривошипов (против часовой стрелки, начиная со второго).

В данном двигателе применен коленчатый вал равномерной продольно симметричной схемы с порядком работы цилиндров 1-3-2-4, поэтому углы заклинки: 0-180-180-0.

Массы элементов КШМ.

Поршневого комплекта — 0,500 кг.

Шатунного механизма в сборе — 0,820 кг.

Шатунной шейки — 0,450 кг.

Коленчатого вала без противовесов и маховика — 10,0 кг.

4.2.2 Результаты динамического расчета двигателя

Расчет производится с помощью программы dnmk.exe. Для расчета этой программе необходимы файл исходных данных dnm00*.dat и файл полученный при тепловом расчете двигателя ind00*.dat для номинального режима.

АНАЛИЗ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И РАВНОМЕРНОСТИ ХОДА К/ВАЛА

Моменты инерции деталей вращения [кг*м*м]:

— расположенных с носка двигателя .0000E+00

— коленчатого вала в сборе .0000E+00

— расположенных со стороны

фланца отбора мощности .0000E+00

— поршней и шатунов одного отсека .1612E-02

— поршней и шатунов в двигателе .6448E-02

— деталей движения, суммарный .6448E-02

Средняя угловая скорость к/вала 555.015 [1/c]

Параметры индикаторного момента

Коэффициент неравномерности момента = 3.253

Максимальная угловая скорость в цикле = 563.470 [1/c]

Минимальная угловая скорость в цикле = 475.636 [1/c]

Коэффициент неравномерности хода к/вала= .158 [1/ 6.32]

АНАЛИЗ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Масса поступ. движ. частей в цил-ре .661 [кг]

Масса шатунов, вращающаяся на кр-пе .677 [кг]

Амплитуда вектора P1 в 1-м цилиндре 8144.61 [Н]

Амплитуда вектора P2 в 1-м цилиндре 2443.38 [Н]

что составляет от амплитуды P1 30.00 %

Амплитуда вектора Pd (дезаксиал) .00 [Н]

что составляет от амплитуды P1 .00 %

Сила инерции прот-са со ст. демпфера .00 [Н]

Сила инерции прот-са со ст. маховика .00 [Н]

СИЛЫ ИНЕРЦИИ В ОТСЕКАХ:

Амплитуды векторов сил инерции [Н]:

кривошип кривошип+Mшr противовес 1 противовес 2

END OF DATA

Ниже представлен графический материал к проведенному расчету (номинальный режим работы двигателя):

Рис. 4.2.2.1. Диаграмма давлений на поршень двигателя.

Рис. 4.2.2.2. Диаграмма набегающих моментов на шатунные шейки к/вала

Рис. 4.2.2.3. Диаграмма набегающих моментов на коренных шейках к/вала и выходной крутящий момент двигателя.

Рис. 4.2.2.4. Диаграмма выходного крутящего момента двигателя

Рис. 4.2.2.5. Диаграмма нагрузок на шатунную шейку к/вала.

Рис. 4.2.2.6. Диаграмма нагрузок на коренные шейки к/вала.

4.2.3 Анализ результатов динамического расчета двигателя

В результате динамического расчета мы получили таблицы: набегающих моментов на шейках КВ, давлений, нагрузок на шейках КВ. Эти данные используются в дальнейшем в прочностном расчете.

В наиболее тяжелых условиях по нагрузкам, работает третья коренная шейка КВ, а по моментам — третья шатунная и третья коренная. Значит самая тяжело нагруженная шейка двигателя — третья коренная. Условия работы шатунных шеек одинаковые.

5. Прочностной расчет шеек коленчатого вала и шатуна

5.1 Выбор и обоснование исходных данных для прочностного расчета двигателя

Прочностной расчет производится с помощью программы proch.exe. В расчете используются геометрические характеристики эскизной проработки двигателя. Для прочностного расчета требуется файл ppr.dat (полученный из динамического расчета) и файл prh.dat ,в который заносятся геометрические исходные данные и данные по используемым материалам.

5.2 Результаты прочностного расчета двигателя

В результате прочностного расчета получаем файл pro.txt.

РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПО МЕТОДУ Р.С.Кинасошвили

РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПО МЕТОДУ Р.С.Кинасошвили

Бензиновый 90 кВт

*** Вариант 001 ***

ЭФФЕКТИВНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ

На краю отверстия для смазки:

коренной шейки по TAU ……………. 2.432

шатунной шейки по SIGMA ………….. 2.730

шатунной шейки по TAU ……………. 2.394

В галтели шатунной шейки:

в плоскости колена по SIGMA ………. 5.132

в перпендикулярной плоскости по SIGMA 2.764

по касательным напряжениям TAU ……. 3.482

В галтелях сопряжения щек с шейками:

коренной по SIGMA — точка 1 ………. 5.052

шатунной по SIGMA — точка 2 ………. 5.132

коренной по TAU …………………. 3.833

шатунной по TAU …………………. 3.482

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Отсек 1

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 225.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 105.8 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 100.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 47.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 5.50

Запас прочности на кручение ………. 8.92

Общий запас прочности ……………. 4.11 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 334.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 26.6 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 2.03

Запас прочности на кручение ………. 6.18

Общий запас прочности ……………. 1.69 [1.5-4.0]

— в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 165.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 77.6 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 7.41

Общий запас прочности ……………. 4.16 [1.5-4.0]

Максимальной удельное давление от Pz 420.3 [Бар] [80-500]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла …….. 243.5 [Бар]

Минимальное напряжение цикла ……… -88.0 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 165.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 77.8 [Бар]

Запас прочности на кручение ………. 4.65 [1.5-6.0]

Максимальной удельное давление от Pz 339.1 [Бар] [80-500]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) … -164.6 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 188.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -24.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.69

Запас прочности на кручение ………. 3.40

Общий запас прочности ……………. 2.19 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 447.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -57.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.53

Запас прочности на кручение ………. 6.18

Общий запас прочности ……………. 1.30 [1.2-3.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) … -164.6 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 188.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -24.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.69

Запас прочности на кручение ………. 3.40

Общий запас прочности ……………. 2.19 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 447.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -57.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.53

Запас прочности на кручение ………. 6.18

Общий запас прочности ……………. 1.30 [1.2-3.0]

Отсек 2

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 227.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 106.9 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 202.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 65.4 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 5.44

Запас прочности на кручение ………. 4.44

Общий запас прочности ……………. 3.02 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 339.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 166.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.97

Запас прочности на кручение ………. 3.07

Общий запас прочности ……………. 1.45 [1.5-4.0]

— в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 167.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 78.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 7.30

Общий запас прочности ……………. 2.49 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) … -171.3 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 196.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -25.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.54

Запас прочности на кручение ………. 3.40

Общий запас прочности ……………. 2.15 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 455.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -58.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.51

Запас прочности на кручение ………. 3.07

Общий запас прочности ……………. 1.19 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла …….. 208.8 [Бар]

Минимальное напряжение цикла ……… -150.7 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 179.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 29.1 [Бар]

Запас прочности на кручение ………. 4.37 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) … -171.3 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 196.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -25.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.54

Запас прочности на кручение ………. 3.17

Общий запас прочности ……………. 2.07 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 455.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -58.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.51

Запас прочности на кручение ………. 3.07

Общий запас прочности ……………. 1.19 [1.2-3.0]

Отсек 3

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 227.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 106.9 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 218.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 4.1 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 5.44

Запас прочности на кручение ………. 4.20

Общий запас прочности ……………. 2.92 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 339.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 26.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 2.00

Запас прочности на кручение ………. 2.89

Общий запас прочности ……………. 1.44 [1.5-4.0]

— в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 167.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 78.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 7.30

Общий запас прочности ……………. 2.36 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) … -171.3 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 196.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -25.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.54

Запас прочности на кручение ………. 3.17

Общий запас прочности ……………. 2.07 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 455.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -58.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.51

Запас прочности на кручение ………. 2.89

Общий запас прочности ……………. 1.17 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла …….. 237.1 [Бар]

Минимальное напряжение цикла ……… -214.0 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 225.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 11.5 [Бар]

Запас прочности на кручение ………. 3.51 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) … -171.3 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 196.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -25.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.54

Запас прочности на кручение ………. 2.54

Общий запас прочности ……………. 1.81 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 455.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -58.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.51

Запас прочности на кручение ………. 2.89

Общий запас прочности ……………. 1.17 [1.2-3.0]

Отсек 4

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 225.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 105.8 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 227.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 72.8 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 5.50

Запас прочности на кручение ………. 3.96

Общий запас прочности ……………. 2.82 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 334.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 160.6 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 2.00

Запас прочности на кручение ………. 2.74

Общий запас прочности ……………. 1.42 [1.5-4.0]

— в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 165.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… 77.6 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 7.41

Общий запас прочности ……………. 2.25 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) … -164.6 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 188.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -24.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.69

Запас прочности на кручение ………. 2.54

Общий запас прочности ……………. 1.84 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 447.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -57.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.53

Запас прочности на кручение ………. 2.74

Общий запас прочности ……………. 1.17 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла …….. 261.7 [Бар]

Минимальное напряжение цикла ……… -46.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa …… 154.1 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm …….. 107.7 [Бар]

Запас прочности на кручение ………. 4.94 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) … -164.6 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 188.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -24.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 3.69

Запас прочности на кручение ………. 3.63

Общий запас прочности ……………. 2.27 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa …. 447.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm …… -57.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб …………. 1.53

Запас прочности на кручение ………. 2.74

Общий запас прочности ……………. 1.17 [1.2-3.0]

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ШАТУНА И ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА

ПОРШНЕВАЯ ГОЛОВКА ШАТУНА

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

от растягивающей силы инерции при FI=0 401.5 [Бар]

— при FI=90 -9.9 [Бар]

— при FI=ALFA 932.6 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

от растягивающей силы инерции при FI=0 447.3 [Бар]

— при FI=90 -75.1 [Бар]

— при FI=ALFA 1121.9 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

от суммарной сжимающей силы при FI=0 -80.9 [Бар]

— при FI=90 196.5 [Бар]

— при FI=ALFA -877.2 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

от суммарной сжимающей силы при FI=0 -104.1 [Бар]

— при FI=90 248.1 [Бар]

— при FI=ALFA -1115.5 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

от запрессовки втулки и нагрева …… 301.7 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

от запрессовки втулки и нагрева …… 453.6 [Бар]

Расчет запаса прочности для внешней

поверхности ПГШ в заделке ( FI=ALFA )

Максимальное напряжение цикла …….. 1234.4 [Бар]

Минимальное напряжение цикла ……… -575.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла …………. 329.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла ……….. 904.9 [Бар]

Запас прочности ПГШ в заделке …….. 3.14 [2.5-5.0]

Максимальной удельное давление от Pz 767.2 [Бар] [500-900]

СТЕРЖЕНЬ ШАТУНА

Макс. напр. сжатия в мин. сечении …. 1518.2 [Бар] [1000-4000]

Мин. напр. растяжения в мин. сечении . -438.1 [Бар]

Макс. напр. сжатия в среднем сеч. …. 1421.6 [Бар] [1000-4000]

Мин. напр. растяжения в среднем сеч. . -417.1 [Бар]

Запас прочности под порш. головкой … 2.76 [2.0-3.0]

Запас прочности в среднем сечении …. 2.94 [2.0-3.0]

КРЫШКА НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

Напряжение изгиба в среднем сечении .. 245.5 [Бар] [1000-2500]

Уменьшение диаметра головки ………. 5.4 [мкм] [Delta/2]

БОЛТЫ НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

Суммарное нормальное напряжение …… 2424.8 [Бар]

Касательное напряжение при кручении .. 561.1 [Бар]

Сложное напряжение в расчетном сеч. .. 2612.3 [Бар]

Запас статической прочности ………. 4.21 [1.5-3.0]

Амплитуда переменных напряжений …… 161.7 [Бар]

Запас прочности по переменным напр. .. 5.57 [2.5-5.0]

ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ

Максимальное напряжение изгиба ……. 2875.5 [Бар] [2500-5000]

Напряжение среза ………………… 627.1 [Бар]

Максимальное касательное напряжение .. 1189.2 [Бар] [500-2500]

Напряжение на внешней поверхности

при FI=0 ….. 435.7 [Бар]

Напряжение на внутренней поверхности

при FI=0 ….. -2350.8 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности

при FI=90 …. -1448.4 [Бар]

Напряжение на внутренней поверхности

при FI=90 …. 1103.5 [Бар]

Наибольшие удельные нагрузки

на опорную поверхность пальца …. 634.3 [Бар]

Наибольшие удельные нагрузки

на бобышки поршня ……………. 380.6 [Бар]

Максимальная овализация ………….. 3.1 [мкм] [ 22.0]

END OF DATA

5.3 Анализ результатов прочностного расчета двигателя

По результатам расчетов можно сказать, что рассчитываемые элементы отвечают предъявляемым им требованиям усталостной прочности.

Коэффициенты запаса прочности укладываются в требуемые пределы (табл. 5.3.1).

Таблица 5.3.1. Коэффициенты запаса прочности в элементах к/вала.

Отсек	1	2	3	4	Допустимо
Шатунная шейка	4,11	3,02	2,92	2,82	1,5 — 4
Коренная шейка	4,65	4,37	3,51	4,94	1,5 — 6
Щека	1,3	1,19	1,17	1,17	1,2 — 3

Минимальный запас прочности по щеке в четвертом отсеке (1,27), тем не менее, допустимый запас прочности для нее составляет 1,2.

Поршневая головка шатуна

Запас прочности в заделке 3,14 (2,5 — 5)

Стержень шатуна

Запас прочности под поршневой головкой 2,76 (2 — 3)

Запас прочности в среднем сечении 2,94 (2 — 3)

Болты нижней головки шатуна

Запас прочности по переменным напряжениям 5,57 (2,5 — 5)

Вывод: конструкция деталей движения вполне работоспособна.

6. Анализ уравновешенности двигателя

Проанализируем уравновешенность двигателя по всем шести признакам. Выбранная схема коленчатого вала — равномерная продольно-симметричная. Интервал между вспышками, из условия равенства интервалов — 180 град. ПКВ.

Схема действия сил в двигателе:

PR4 CI4

PR1 CI1 CII1 CII2 CII3 CII4

PR2 CI2

PR3 CI3

Для такого двигателя:

Сумма радиусов-векторов центробежных сил инерции НВМ равна нулю.

Результирующий продольный момент центробежных сил инерции НВМ также равен нулю.

Сумма сил инерции первого порядка равна нулю.

Результирующий продольный момент сил инерции первого порядка равен нулю.

Сумма сил инерции второго порядка равна:

PII = 4MsR cos2

Результирующий момент сил инерции второго порядка равна нулю.

Таким образом, в данном двигателе остаются неуравновешенными силы инерции второго порядка. В многооборотных двигателях данная сила не вызывает существенных вибраций, поэтому специальных мер по ее уравновешиванию принимать не будем.

7. Технология проведения работ по сборке-разборке двигателя

7.1 Разборка двигателя

Перед тем как проделать операцию по разборке двигателя необходимо:

Ш слить масло из картера

Ш открутить масляный фильтр

Ш слить охлаждающую жидкость

Ш очистить и отмыть двигатель от грязи и масляных загрязнений

Ш установить на стенд для разборки

Разборку проводите в следующем порядке.

1. Снимите кронштейн задней подвески силового агрегата, отвернув болты крепления к блоку цилиндров.

2. Ослабив хомут крепления, отсоедините датчик массового расхода воздуха от шланга впускной трубы.

3. Ослабив хомуты крепления, отсоедините верхние шланги системы вентиляции картера от шланга впускной трубы, от дроссельного патрубка и крышки головки цилиндров. Снимите шланг впускной трубы, ослабив хомут его крепления к дроссельному патрубку.

4. Ослабив хомуты, отсоедините шланги подвода и отвода охлаждающей жидкости от дроссельного патрубка, от выпускного патрубка головки цилиндров и от подводящей трубы насоса охлаждающей жидкости. Снимите дроссельный патрубок вместе с прокладкой, отвернув гайки крепления к ресиверу.

5. Выверните из блока цилиндров датчик детонации и снимите датчик уровня масла, отвернув болт крепления. Отвернув болт крепления, снимите с крышки масляного насоса датчик положения коленчатого вала. Снимите датчик фаз, отвернув болты крепления к головке цилиндров.

6. Выверните датчик температуры охлаждающей жидкости для системы впрыска топлива из выпускного патрубка охлаждающей рубашки головки цилиндров.

7. Снимите трубки подвода и слива топлива, отсоединив их от рампы форсунок, регулятора давления топлива и от кронштейна на головке цилиндров. Снимите вакуумный шланг, отсоединив его от патрубков на ресивере и регуляторе давления топлива.

8. Снимите экран ресивера. Отсоедините высоковольтные провода от свечей и модуля зажигания и выньте их из зажимов на ресивере.

9. Снимите модуль зажигания, отвернув гайки крепления к крышке головки цилиндров.

10. Снимите кронштейн регулирующего наконечника троса привода дроссельной заслонки, отвернув два болта, и зажимы высоковольтных проводов, отвернув гайки крепления.

11. Снимите направляющую трубку с указателем уровня масла, отвернув болт ее крепления к ресиверу.

12. Снимите ресивер, ослабив хомуты муфт, соединяющих ресивер с впускной трубой, и отвернув гайки крепления ресивера к опорам на крышке головки цилиндров. Снимите муфты с патрубков впускной трубы. Снимите нижний шланг вентиляции картера, ослабив хомуты крепления к патрубку на крышке головки цилиндров и к штуцеру на блоке цилиндров.

13. Снимите жгут проводов форсунок, отсоединив провода от форсунок и скобы крепления от рампы форсунок.

14. Снимите рампу форсунок с регулятором давления и форсунками, отвернув два болта крепления к головке цилиндров.

15. Отверните гайки крепления и снимите впускную трубу с прокладкой. Ключом 67.7812.9553 выверните свечи зажигания из головки цилиндров.

16. Ослабив натяжение, снимите ремень привода генератора. Снимите генератор и кронштейн его крепления.

17. Заблокируйте маховик фиксатором 67.7820.9526, отверните болт крепления шкива (демпфера) привода генератора и снимите шкив… Придерживая шкивы распределительного вала от проворачивания приспособлением 67.7811.9509, отверните болты крепления шкивов, снимите шкивы и шпонку. Снимите зубчатый шкив с коленчатого вала.

18. Отверните болты крепления задней защитной крышки зубчатого ремня и снимите ее. Отверните болты крепления насоса охлаждающей жидкости и выньте его из гнезда в блоке цилиндров вместе с прокладкой.

19. Снимите выпускной коллектор с экраном и прокладкой, отвернув гайки крепления и отсоединив кронштейн подводящей трубы насоса охлаждающей жидкости.

20. Отсоедините шланги от термостата и снимите его.

21. Снимите подводящую трубу насоса охлаждающей жидкости и отводящий патрубок с прокладкой.

22. Приспособлением А.60312 снимите масляный фильтр с прокладкой.

23. Снимите крышку головки цилиндров, отвернув болты крепления. Отверните болты крепления головки цилиндров и снимите ее в сборе с корпусом подшипников и с распределительными валами.

24. Переверните двигатель картером вверх и снимите масляный картер с прокладкой. Снимите приемник и масляный насос.

25. Отверните гайки шатунных болтов, снимите крышки шатунов и осторожно выньте через цилиндры поршни с шатунами.

26. Заблокируйте маховик фиксатором 67.7820.9526, и отверните болты крепления маховика, снимите шайбу болтов и маховик с коленчатого вала. Снимите держатель заднего сальника коленчатого вала с прокладкой.

27. Снимите крышки коренных подшипников вместе с нижними вкладышами. Выньте из гнезд подшипников коленчатый вал, а затем верхние вкладыши и упорные полукольца из средней опоры.

7.2 Разборка и сборка головки цилиндров

Разборка. Установите головку цилиндров на подставку. Выверните датчик указателя температуры охлаждающей жидкости из головки цилиндров и датчик контрольной лампы давления масла из корпуса подшипника распределительного вала. Снимите кронштейн крепления топливных трубок.

Выньте из отверстий головки цилиндров и корпуса подшипников распределительных валов направляющую трубу свечей зажигания.

Снимите корпус подшипников распределительных валов. При этом одновременно удаляются заглушки. Выньте распределительные валы из опор головки цилиндров и снимите с них сальники.

Выньте из отверстий головки цилиндров толкатели клапанов. Освободите клапаны от сухарей, сжимая пружины клапанов приспособлением 67.7823.9562. Снимите пружины с тарелками. Поверните головку цилиндров и выньте с нижней стороны клапаны. Снимите маслоотражательные колпачки с направляющих втулок и опорные шайбы пружин.

Сборка. Очистите головку цилиндров и корпуса подшипников от остатков старого герметика, грязи и масла.

Установите опорные шайбы пружин. Смажьте моторным маслом клапаны, отверстия под толкатели, отверстия направляющих втулок клапанов и новые маслоотражательные колпачки (старые не использовать). Оправкой 41.7853.9618 напрессуйте на направляющие втулки колпачки. Вставьте клапаны в направляющие втулки, установите пружины и тарелки пружин.

Сжимая пружины приспособлением 67.78239505, установите сухари клапанов. Вставьте в отверстия головки цилиндров толкатели клапанов.

Поставьте установочные втулки корпусов подшипников распределительного вала. Смажьте моторным маслом опорные шейки и кулачки распределительных валов и уложите их в опоры головки цилиндров.

На поверхность головки цилиндров, соприкасающаяся с корпусом подшипников распределительных валов, нанесите герметик жгутиком диаметром 2 мм (запускать двигатель разрешается не ранее, чем через 1 ч после нанесения герметика).

Установите корпус подшипников и затяните болты его крепления.

Оправкой 67.7853.9580 запрессуйте новые сальники распределительных валов, предварительно смазав их моторным маслом. С другой стороны головки цилиндров запрессуйте заглушки,

Наденьте на направляющую трубу свечей зажигания уплотнительные кольца, предварительно смазав их моторным маслом. Установите направляющую трубу в отверстия головки цилиндров и корпус подшипника распределительного вала. Заверните в головку цилиндров датчик указателя температуры охлаждающей жидкости, а в корпус подшипников распределительных валов — датчик контрольной лампы давления масла. Перед установкой, на сопрягающиеся поверхности датчиков, головки цилиндров и корпуса подшипников нанесите герметик. Прикрепите к головке цилиндров кронштейн крепления топливных трубок.

8.Технология производства шатуна

8.1 Конструктивные особенности шатуна

Шатуны двигателей внутреннего сгорания воспринимают большие, динамические нагрузки, поэтому с целью обеспечения достаточной прочности и жесткости они имеют двутавровое сечение, их изготовляют из сталей марок 40, 40Х, 40ХФА, 45, 45Г2 и др. Шатуны обычно имеют крышку с плоским шлифованным разъемом и плавное сопряжение стержня с головками. Применяют и другие сопряжения шатуна крышкой.

Рис. 8.1.1 Виды соединений тела шатуна с крышкой

а) косой по треугольным шлицам б) прямой по треугольным шлицам в) С «колотым» разъемом

У шатунов поверхность разъема представляет собой хрупкий излом. Достоинством этой конструкции является обеспечение высокой точности центрирования крышки и тела шатуна (погрешность порядка 0,001…0,002 мм), недостатком — ремонтная технологичность практически равна нулю.

Шатунные болты изготовляют из сталей с содержанием углерода не менее 0,3%. Шаг резьбы на болтах обычно 1 мм. Шатунные болты шлифуют по наружной поверхности, в том числе и галтели, а резьбу накатывают. Для повышения усталостной прочности болты подвергают термической обработки. Гайки, обычно высокие, имеют увеличенную опорную поверхность и удерживаются от проворачивания только силами трения в резьбе и на опорной поверхности.

Для неподвижного соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна устанавливают натяг 0,02…0,04 мм. В современных двигателях предпочтение отдают применению плавающих пальцев. Для этого в верхнюю головку шатуна устанавливают бронзовую (сталебронзовую) втулку. Из-за малого зазора между пальцем и втулкой после запрессовки втулки в верхнюю головку шатуна необходимо окончательно обработать ее отверстие. Шатуны с плавающими пальцами в верхней головке шатуна имеют отверстие для смазки сопряжения втулка-палец.

Рис. 8.1.2 Варианты соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна:

а) неподвижно б) подвижно во втулки в) подвижно без втулки

При отсутствии втулки в сопряжении с плавающим пальцем ремонтная технологичность сопряжение очень низкая (верхней головки шатуна) при отсутствии пальцев ремонтных размеров. Шатуны в одном двигателе могут различаться по массе в среднем на 1% (от массы шатуна). При этом необходимо оценивать отдельно как массу нижней головки, совершающую вращательное движение и уравновешиваемую противовесами, так и верхней головки шатуна участвующей в поступательном перемещении вместе с поршнем. В сумме обе массы должны быть равны массе всего шатуна.

Заготовки шатунов получают штамповкой в несколько стадий с промежуточной термообработкой, что обеспечивает упрочнение материала при его небольшой твердости, но высокой вязкости. Шатуны двигателей должны подвергаться 100% проверке с помощью магнитных дефектоскопов для выявления трещин и других скрытых дефектов. К готовому шатуну двигателя предъявляют следующие технические требования. Точность обработки нижней головки — по 6-му квалитету, а верхней — по 7-му квалитету, шероховатость поверхности соответственно Ra=0.4 мкм и Ra= 0,8 мкм. Допускаемое отклонение формы головок шатуна задают в пределах допуска; в ряде случаев для нижней головки требования в отношения допустимых отклонений формы ужесточают. Расстояние между осями верхней и нижней головок шатуна выдерживают с погрешностью до ±0,05 мм, в дизельных двигателях до ±0,1 мм. Отверстия под шатунные болты обрабатывают по 7…8-му квалитетам с шероховатостью поверхности Ra=1,6мкм. Отклонение от параллельности осей верхней и нижней головок шатуна не должно превышать 0,04…0,05 мм на100 мм измеряемой длины. На уравновешенность всего двигателя оказывают большое влияние положение центра тяжести каждого шатуна и его масса. Поэтому после окончательной обработки производят подгонку шатунов по массе и сортируют их на группы. Технологический маршрут обработки резанием зависит от вида заготовки шатуна, которая может быть цельноштампованной (совместно с крышкой) или штампованной отдельно от крышки. Цельноштампованные шатуны вначале обрабатывают (предварительно) совместно с крышкой, после чего крышка отрезается и дальнейшую обработку шатуна и крышки производят раздельно. Во всех случаях окончательную обработку шатуна выполняют после его сборки с крышкой. Таким образом, крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемы.

Основные задачи обработки резанием шатуна сводятся к точной обработке отверстий в верхней и нижней головках и торцов головок, получению точного разъема в нижней головке и двух точных отверстий под шатунные болты. Технологические базы на первых операциях — торцы и наружные поверхности головок, на последующих операциях — торцы и обработанное отверстие.

Основные методы обработки шатуна — фрезерование, протягивание, сверление и растачивание. Отделочная обработка состоит в хонинговании отверстия нижней головки и растачивании или раскатывании отверстия втулки верхней головки. Шатуны обрабатывают на специальных многошпиндельных и агрегатных станках или автоматических линиях.

Шлифование производят на пяти круговом торце шлифовальном станке с медленным вращением стола.

Обработку цельноштампованного шатуна в такой последовательности. На первых операциях обрабатывают торцы головок и площадки на них, растачивают предварительно отверстие верхней головки. Отрезают крышку нижней головки и шлифуют торцы стыка, обрабатывают отверстия под шатунные болты совместно в шатуне и крышке.

Суммарная масса шатуна

M_ш=M_п+M_к

Производят сверление, зенкерование и развёртывание этих отверстий. Взамен зенкерования и развертывания в ряде случаев применяют протягивание. В крышке и шатуне фрезеруют гнезда под замки вкладышей.

После сборки шатуна с крышкой производят сверление смазочных отверстий, предварительное растачивание нижней головки, чистовое и тонкое растачивание отверстий в обеих головках. После запрессовки втулки в верхнюю головку хонингуют отверстие нижней головки и растачивают отверстие втулки верхней головки.

У раздельно штампованных шатунов после предварительного шлифования торцов обеих головок и крышки шатуна производят протягивание боковых установочных площадок, плоскостей разъема и полуокружностей гнезд вкладышей, а далее обработка ведется так же, как и цельноштампованных шатунов.

В готовом шатуне контролю подвергают диаметры отверстий верхней и нижней головок, положение их осей в двух плоскостях, высоту головок, расстояние между осями и другие параметры. Для контроля используют индикаторные и пневматические устройства. При обработке шатунов на автоматических линиях точность его изготовления обеспечивают средствами активного контроля в процессе выполнения отдельных операций.

Таблица 8.2. Схема технологического процесса обработки шатуна резанием

№	Операция	Описание операции	Тип станка	Эскиз
1	Фрезерная	Фрезеровать торцы головок шатуна	Продольно-фрезерный двухстоечный и четырехшпиндельный
2	Шлифовальная	Шлифовать предварительно торцы нижней и верхней головок	Плоскошлифовальный полуавтомат
3	Шлифовальная	Шлифовать чисто торцы нижней и верхней головок	Плоскошлифовальный полуавтомат
4	Сверлильная	Сверлить и зенкеровать отверстие верхней головки и зенковать две фаски	Агрегатный
5	Фрезерная	Фрезеровать опорные площадки под гайки	Вертикально фрезерный
6	Фрезерная	Отрезать крышки	Горизонтально фрезерный для резки
7	Шлифовальная	Шлифовать плоскости стыка шатуна и крышки	Плоскошлифовальный
8	Сверлильная	Сверлить, зенкеровать и развернуть отверстия под шатунные болты совместно с крышкой	Вертикально сверлильный
9	Фрезерная	Фрезеровать в шатуне и крышке гнезда замков вкладышей	Горизонтально фрезерный
10	Слесарная	Собрать шатун с крышкой двумя болтами и затянуть гайки крутящим моментом 50…60 Нм	Гайковерт, динамометрический ключ
11	Сверлильная	Сверлить и зенковать отверстие диаметром 6 мм в верхней головке шатуна	Вертикально сверлильный
12	Сверлильная	Снять фаски на нижней головке шатуна	Вертикально сверлильный
13	Расточная	Расточить чисто отверстия головок шатуна	Расточной восьми шпиндельный
14	Расточная	Расточить тонко отверстия головок шатуна	Отделочно-расточной
15	Слесарная	Запрессовать бронзовую втулку в отверстие верхней головки шатуна	Пневматический пресс
16	Расточная	Расточить отверстия во втулке верхней головки шатуна	Отделочно-расточной
17	Моечная	—	Моечная машина
18	Контрольная	—	—

8.3 Расчет штучного времени на производство шатуна

Пример расчета проведем на операции сверление отверстия в верхней головке шатуна. Данные по другим операциям приведены в таблице.

l — длина обработки, i — число проходов, S — величина подачи, n — число оборотов. Исходя из расчетов на механическую обработку одного шатуна требуется 17 минут времени.

№ операции	название операции	t шт	t вспом	t то	t физ. Над.	t 0	l	i	n	S
1	фрезерование	0,591667	0,17	0,003	0,002	0,416667	250	2	800	1,5
2	шлифование	0,622667	0,2	0,004	0,002	0,416667	50	5	3000	0,2
3	шлифование	3,539333	0,2	0,004	0,002	3,333333	50	10	3000	0,05
4	сверление	0,710118	0,21	0,004	0,002	0,494118	210	1	850	0,5
5	фрезерование	0,275	0,17	0,003	0,002	0,1	40	1	800	0,5
6	фрезерование	0,201667	0,17	0,003	0,002	0,026667	60	1	1500	1,5
7	шлифование	2,206	0,2	0,004	0,002	2	30	10	3000	0,05
8	сверление	0,451294	0,21	0,004	0,002	0,235294	100	1	850	0,5
9	фрезерование	0,225	0,17	0,003	0,002	0,05	20	1	800	0,5
10	слесарная	1,004	0	0,002	0,002	1			1	1
11	сверление	0,294431	0,21	0,004	0,002	0,078431	20	1	850	0,3
12	сверление	0,451294	0,21	0,004	0,002	0,235294	20	1	850	0,1
13	расточка	1,586765	0,17	0,003	0,002	1,411765	60	1	850	0,05
14	расточка	0,645588	0,17	0,003	0,002	0,470588	20	1	850	0,05
15	слесарная	0,554	0,25	0,002	0,002	0,3			1	1
16	расточка	1,351471	0,17	0,003	0,002	1,176471	50	1	850	0,05
17	моечная	0,707	0,2	0,005	0,002	0,5			1	1
18	контрольная	1,504	0,5	0,002	0,002	1			1	1
	сумма	16,92129

— 79 —

9. Технико-экономическое обоснование производства нового двигателя

Активное освоение новых прогрессивных технологий особенно наблюдается в последние годы в различных областях техники. Анализ этой тенденции позволяет сделать два важных вывода:

Ш Стремление многих промышленных фирм уменьшить затраты на производство единицы продукции, не понижая качества самого изделия;

Ш Стремление по возможности быстро реализовать научно-технические разработки, которые позволят создать более перспективные образцы изделия.

При разработке прототипа для отечественных легковых автомобилей за основу был взят двигатель ВАЗ-2110. Данный двигатель четырехтактный, бензиновый, инжекторный, с верхним расположением распределительного вала и наличием 8 клапанов.

Система охлаждения: жидкостного типа, принудительная.

Система смазки: комбинированная, под давлением, разбрызгиванием или за счет масленых паров.

Система питания: бензиновый, инжекторный впрыск, давление на входе в двигатель атмосферное, насос топливоподачи электрический.

Двигатель, который разработан , унифицированный, то есть при определенной конфигурации может устанавливаться как на 10 семейство (ВАЗ-2110, 2111, 2112 …), так и на семейства класса переднеприводных (ВАЗ-2108, 2109, 2170, 1118 …).

Для улучшения технических характеристик двигателя были проделаны следующие операции, в результате которых данный двигатель по сравнению с аналогом имеет ряд преимуществ:

Ш увеличен объем до 2,0 литров. Увеличение объема двигателя осуществлено за счет увеличения камеры сгорания (расточки блока);

Ш увеличена мощность с 76 кВт до 90 кВт. За счет изменения головки блока (внедрения: 16-и клапанов, 2-х распределительных валов, установки электронной системы впрыска) и увеличения объема двигателя;

Ш увеличен крутящий момент с 118 Н*м до 161,8 Н*м за счет увеличении объема и мощности.

Вследствие увеличенного объема (расточки блока) разработана новая поршневая группа, большего диаметра, чем в прототипе. На такой поршень действуют большие силы трения, из-за чего нагреваются стенки цилиндра, для их охлаждения внедрена масляная форсунка. Для удобства крепления головки блока и увеличения R кривошипа, на коленчатом вале, заменим коленчатый вал и блок цилиндров с 2110 на 2112. Это позволит увеличить ход поршня, и увеличить камеру сгорания. В целях минимизации затрат используется обычный автомеханический натяжитель цепи.

Для надежности привода передачи газораспределительного механизма (ГРМ), распределительные валы соединены с коленчатым валом с помощью втулочно-роликовой цепной передачи. В установочный комплект ГРМ входит: башмак натяжителя, успокоители цепи, автомеханический натяжитель цепи, и набор звездочек (2 на распределительные валы, 1 на коленвал и 1 на водяной насос), который представлен в комплекте «К-т для ГРМ ВАЗ-2112 с цепью в сб. (под ЗАКАЗ)», который впоследствии будет установлен на двигатель.

Шатуны остаются неизменными. Система зажигания — бесконтактная, остается также неизменна.

На прототипе и на модернизированном двигателе установлено электронное управление двигателем с попарно-параллельным впрыском топлива, на прототипе установлен контроллер ВАЗ-2110 8кл. Е-2 (261-02) Евро-2 ,а на новом двигателе будет установлен контроллер ВАЗ-2112 с улучшенными нормами по токсичности Евро-4. Датчики положения фаз используются в одном и в другом случае.

Остальные конструктивные элементы соответствуют модели прототипа.

В табл. 9.1 приведены технические характеристики существующего и разработанного двигателя.

Таблица 9.1. Сравнение технических характеристик

Технические характеристики	Проектируемый двигатель	Двигатель ВАЗ — 2110	Двигатель Renault Logan
Диаметр цилиндра, мм	89	82	79,5
Ход поршня, мм	80	72	80,5
Рабочий объем, см3	1,963	1,5	1,598
Степень сжатия	9	9	9,5
Номинальная мощность, кВт/об.мин	90/5400	76/5600	90/5250
Максимальный момент, Н*м	161,8	118	131
Количество цилиндров	4	4	4
Количество клапанов	16	8	8
Октановое число бензина	Аи-95	Аи-92	Аи-92

Стоимость изготовления проектируемого двигателя.

В табл. 9.2 и табл. 9.3 приведены цены на некоторые запчасти, которые необходимо заменить с двигателя ВАЗ-2110, на запчасти нашего разработанного двигателя. [23]

Таблица 9.2. Таблица запчастей для проектируемого двигателя

Цена на запчасти для проектируемого двигателя
Наименование запасной части	Каталожный номер запчасти	Цена, руб.
Поршни ВАЗ-2112 89,0 с кольцами (под ЗАКАЗ)	100401090-211200	2750
Блок цилиндров ВАЗ-2112	100201101-211200	10849
Головка блока цилин. ВАЗ-21126 в сб.1,6л.	100301101-211200	18100
К-т для ГРМ ВАЗ-2112 с цепью в сб. (под ЗАКАЗ)	100500100-211200	6000
Контроллер ВАЗ-2112 Итэлма	141102032-211240	6444
Коленвал ВАЗ-2112	100501600-211200	3999
	Сумма	48142

Таблица 9.3. Таблица запчастей для двигателя ВАЗ-2110

Цена на запчасти для двигателя ВАЗ-2110
Наименование запасной части	Каталожный номер запчасти	Цена, руб.
Поршни ВАЗ-2110 82,0 с кольцами.	100401090-211100	1522
Блок цилиндров ВАЗ-2110 голый	100201100-211000	10849
Головка блока цилин. ВАЗ-21083-10 в сб.инж	100301103-210830	13400
К-т для ГРМ ВАЗ-2110 в сб.	100500100-210100	1500
Контроллер ВАЗ-2110 8кл. Е-2 (261-02),НПП	141102061-211100	4900
Коленвал ВАЗ-2110-08 ВАЗ	100501600-211000	3950
	Сумма	36121

Рассмотрим преимущества нового двигателя с точки зрения производителя и потребителя. По данным табл. 9.2 и табл. 9.3 можно рассчитать разницу между затратами проектируемого двигателя и ВАЗ-2110. Изготовление проектируемого двигателя будет дороже на 12 000 рублей по отношению к серийному выпуску двигателя ВАЗ-2110, который стоит на данный момент 55 547 рублей [23]. Из табл. 8.1 виден ряд преимуществ разработанного двигателя, не уступающего импортному аналогу двигателя — Renault Logan , который представлен на рынке и стоит на данный момент от 120 000 до 185 000 рублей [24]. Таким образом, при выводе проектируемого двигателя на рынок будет соблюдаться «соотношение цена-качество» — это главный критерий, по которому оценивает большинство покупателей, и тем самым он будет пользоваться спросом.

Затраты производителя на проектируемый двигатель увеличатся на 20% по сравнению с затратами серийного двигателя ВАЗ-2110. Данный фактор обусловлен повышением затрат на материалы, остальные составляющие затрат такие, как заработная плата, отчисления, амортизация и прочие, останутся прежними. Запуск на конвейер проектируемого двигателя для производителя будет выгоден, т.к. проектируемый двигатель станет соответствовать экологическим стандартам Евро-4 (для серийного двигателя ВАЗ-2110 повышение уровня экологии потребует больших средств, чем для проектируемого двигателя).

В дальнейшем планируется изготовить и выпустить на внутренний рынок 100 пробных двигателей. Впоследствии при хорошем спросе на товар возможно увеличить в два раза заводскую наценку и тем самым повысить окупаемость затрат на двигатель.

Далее сравним обслуживание и мелкий ремонт на протяжении эксплуатации нашего двигателя и серийного ВАЗ-2110 при пробеге до 150 000 км, и занесем данные результата в табл. 9.4.

Таблица 9.4. Техническое обслуживание

Наименование производимых работ	Проектируемый двигатель	Двигателя ВАЗ — 2110
Замена масла и масляного фильтра в Двигателе	Каждые 15000 км 2500 руб.	Каждые 15000 км 2500 руб.
Замена свечей зажигания	Каждые 50000 км 1300 руб.	Каждые 30000 км 1300 руб.
Замена элемента воздушного фильтра	Каждые 15000 км 700 руб.	Каждые 15000 км 700 руб.
Замена ремня привода вспомогательных агрегатов	Каждые 50000 км 1800 руб.	Каждые 30000 км 1800 руб.
Регулировка зазора клапанов	Каждые 30000 км 1800 руб.	Каждые 30000 км 1000 руб.
Замена цепи привода ГРМ	Каждые 100000 км 7800 руб.	Каждые 30000 км 2500 руб.
Общая сумма по истечению 150 000 км	62000	65000

Рассмотрев данные по перечню работ, необходимых для ТО (технический осмотр), табл. 9.4, и технических характеристик, табл. 9.1, можно отметить, что проектируемый двигатель имеет лучшие динамические показатели, крутящий момент, больший объем, увеличенный ресурс, экологичен по стандарту Евро-4. Не смотря на то, что наш двигатель дороже на 12 000 рублей, в облуживании при пробеге в 150 000 км он будет дешевле на 3 000 рублей. Двигатель сможет заинтересовать покупателя, т.к. отвечает современным экологическим требованиям и конкурентоспособен импортным двигателям по цене и техническим характеристикам.

10. Меры по технике безопасности

Данный раздел дипломного проекта относится к вопросу обеспечения безопасности жизнедеятельности при производстве и эксплуатации проектируемого двигателя (мощность 90 кВт, частота вращения коленчатого вала 5300 об/мин). Данный бензиновый четырехтактный 16 клапанный двигатель применим в легковом автомобилестроении.

Анализ вредных и опасных производственных факторов

Опасные производственные факторы

С точки зрения техники безопасности представляют опасность для здоровья людей следующие факторы:

Ш вращающиеся части двигателя (частота вращения до 5300 об/мин);

Ш зоны с высокими температурами (до 120⁰С на поверхности двигателя, до 500⁰С в зоне выпускного коллектора);

Ш повышенные давления в цилиндрах двигателя, Р_max=59 Бар;

Ш перемещения узлов и деталей, обладающих большой массой, при сборке и проведении ремонтных работ;

Ш образование взрывоопасной концентрации паров масла в картере двигателя и паров топлива в моторном отсеке автомобиля;

Ш создание аварийной ситуации вследствие неправильной эксплуатации двигателя;

Ш элементы двигателя, работающих под высоким напряжением (рабочее напряжение в высоковольтной части системы зажигания до 20 кВ).

Вредные производственные факторы

На организм человека при обслуживании двигательной установки оказывают вредное влияние следующие факторы:

Ш шум (от привода механизмов, выпуска отработавших газов и т.п.);

Ш вибрация (от неуравновешенных вращающихся деталей);

Ш наличие паров топлива и масла (вблизи элементов топливной системы);

Ш наличие ядовитых выпускных газов двигателя;

Ш наличие ядовитых паров Антифриза (в радиаторе, шлангах и расширительном бачке);

Ш высокочастотные электромагнитные поля (система зажигания).

Технические мероприятия по устранению

вредных производственных факторов

При проектировании двигателя и автомобиля предусматриваются следующие мероприятия:

Ш детали поршневой группы, коленчатый вал, шатуны, газораспределительный механизм и его цепной привод закрыты корпусными деталями (защита);

Ш выхлопная система расположена под днищем автомобиля, в труднодоступном при эксплуатации месте. Применена схема выпуска, исключающая попадание бензина на нагретые детали двигателя;

Ш двигатель имеет масло и бензостойкое уплотнение по всем сопряжениям, исключающее течи огнеопасных жидкостей;

Ш для поддержания частоты вращения коленчатого вала в заданных пределах в системе управления двигателем предусмотрен ограничитель максимальных оборотов двигателя (отсечка), отключающую в случаи необходимости топливоподачу;

Ш обеспечен удобный доступ ко всем агрегатам, требующим обслуживания во время эксплуатации;

Ш предусмотрена эффективная замкнутая система вентиляции картера двигателя.

Требования безопасности при эксплуатации двигателя

При эксплуатации двигателя необходимо соблюдать следующие требования безопасности:

Ш не допускаются к обслуживанию двигателя лица, не имеющие технических знаний по эксплуатации, а следовательно и обслуживанию двигателей аналогичного класса, а также не прошедшие инструктаж по технике безопасности;

Ш при заливке топлива и масла нельзя использовать открытый огонь, а также проводить заправку автомобиля при включенном двигателе;

Ш необходимо своевременно очищать наружные поверхности двигателя и моторного отсека от подтеков топлива и масла;

Ш при появлении запаха бензина в моторном отсеке и салоне автомобиля своевременно предпринять меры по исправлению и устранению течи бензина в системе питания двигателя;

Ш при выполнении работ по регламентному обслуживанию и ремонту двигателя пользоваться только низковольтным освещением (36 В);

Ш следить за исправностью огнетушителя и наличием аптечки, а так же соблюдением сроков их хранения, держать в легкодоступном месте в салоне автомобиля;

Ш при пользовании газовым анализатором для забора проб отработавших газов из приемной трубы выпускного коллектора производить только в термоизолирующих рукавицах;

Ш работы по регулировкам двигателя, связанным с его частичной разборкой, производить при отключенной системе бортового питания (со снятой ”массовой” клеммой с аккумулятора).

Производственная санитария

Шум работающего двигателя обусловлен аэродинамическими и газодинамическими процессами, происходящими в его системах, а также процессами механического взаимодействия с его деталями.

Аэродинамический шум возникает при выпуске отработавших газов и впуске свежего заряда. Причины возникновения шума обусловлены физическими явлениями, и их почти нельзя устранить, можно лишь предпринять ряд мероприятий по снижению шумности.

Борьба с шумом двигателя ведется следующими методами:

Ш воздействием на возмущающие силы (применение глушителей шума на выпуске, уменьшение жесткости процесса сгорания, уменьшение интенсивности перекладки поршня, уменьшение интенсивности ударов при выборке зазоров в сопряжениях);

Ш уменьшение передачи звуковых вибраций от источника возмущений на излучающие шум поверхности (применение на пути распространения колебаний звукопоглощающих материалов, шумо-изоляция);

Ш снижение эффективности излучения отдельными наружными элементами двигателя (применение экранов, изменение конфигурации деталей, уменьшение площади поверхности, излучающей шум).

Уровень шума двигателя определяется величиной звукового давления. Основными источниками шума при работе силового агрегата автомобиля являются:

Ш система впуска-выпуска;

Ш цилиндропоршневая группа;

Ш зубчатые передачи;

Ш газораспределительный механизм;

Ш коробка переключения передач.

Ш трансмиссия и подвеска, при двигателе в сборе с агрегатом передвижения.

Ш дополнительные агрегаты двигателя

Расчет общего шума двигателя

Расчет уровня шума производится графоаналитическим методом для точки, удаленной от двигателя на 0,5 м (расстояние от двигателя до водительского места в салоне). Двигатель установлен на специальном акустическом стенде в условиях открытого пространства, ограничивающие поверхности стенда облицованы звуконепроницаемым материалом. При работе двигателя возникает шум, который регламентируется отраслевой нормой, а также требованиями ЕС по акустической активности двигателя. При расчете используем диаграммы Скуридина. По заданному числу оборотов (5000 об/мин) и мощности Ne=90 кВт в координатах «Ne — n»в точке пересечения с прямой, равной интенсивности шума L, проводим прямую, параллельную прямой равной интенсивности, и на ее продолжении определяем уровень шума двигателя.

Уровень механического шума

Lм = L1 + L2,

где L1 — уровень шума, исходящего от 1 м² боковой поверхности двигателя, дБ. Величина определяется по диаграмме в зависимости от мощности и числа оборотов коленчатого вала двигателя: L1=84 дБ. L2 — поправка, учитывающая излучение шума в зависимости от конструктивных особенностей двигателя (величины зазоров в сопряжениях, демпфирующее влияние масляного слоя).

L2 = f (C,L),

где С = K1 a DSz/(c (G**0,33)),

a — количество блоков в двигателе, а=1;

D — диаметр цилиндра, 0,089 м;

S — ход поршня, 0,080 м;

Z — число цилиндров в блоке, Z=4;

c — 14,1Е+05 г/с*см² — акустическое сопротивление;

G — вес двигателя, 0,135 т;

К1 =1,2 — коэффициент, учитывающий демпфирующее влияние масляного слоя.

Итого: С = 5,44е-07

Из номограммы находим: L2 = 3,5 дБ.

В итоге получаем: Lм = 84 дБ + 3,5 дБ = 87,5 дБ.

Таблица 10.1. Допустимые значения уровней звукового давления

Тип двигателя	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин	, дБА	Транспортные средства
		До 01.01.2012 г.	После 01.01.2012 г.
V-8 дизель	1700-2100	98	96	М, N
V-6 дизель	1700-2100	97	96	М, N
V-8 бензиновый	3200	94	94	М, N
Р-6 дизель	2500	97	95	М, N, М, N
Р-4 дизель	свыше 2500	98	96	М, N
Р-4 дизель	2500 включ.	96	94	М, N
Р-4 бензиновый	свыше 4000	99	97	М, N
Р-4 бензиновый	4000 включ.	96	94	М, N
Примечание Для заводов, выпускающих двигатели для автомобилей собственного производства, нормы на допустимые значения уровней звукового давления не устанавливают. Уровень внешнего и внутреннего шума этих автомобилей должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 51616 и [1]. Это положение распространяется на автомобили и автобусы, выпускаемые другими предприятиями, где применяются упомянутые выше двигатели.

Таблица 10.2. Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств

Автотранспортное средство	Допустимый уровень звука, дБА
Автомобили и автобусы для перевозки пассажиров
Категория M1 (кроме вагонной или полукапотной компоновки кузова)	78
Категория M1 (вагонная или полукапотная компоновка кузова)	80
Категории М2, М3 (кроме расположения двигателя впереди или рядом с местом водителя):
— на рабочем месте водителя	78
— в пассажирском помещении автобусов классов II и III по ГОСТ 27815	80
— в пассажирском помещении автобусов класса I	82
Категории М2, М3 (с расположением двигателя впереди или рядом с местом водителя):
— на рабочем месте водителя и в пассажирском помещении	80
Автомобили для перевозки грузов
Категории N1 полной массой до 2 т	80
Категория N1 полной массой от 2 до 3,5 т	82
Категории N2, N3 кроме предназначенных для международных и междугородных перевозок	82
Категории N2, N3, для международных и междугородных перевозок	80
Полуприцепы, предназначенные для перевозки пассажиров	80
Троллейбусы
— на рабочем месте водителя	78
— в пассажирском помещении	82
Примечания 1 Для автотранспортных средств повышенной проходимости* категории M1 допустимые уровни увеличиваются на 2 дБА. 2 При проведении инспекционных испытаний сертифицированного типа автотранспортного средства допускается превышение допустимых уровней звука не более чем на 1 дБА. 3 Для автотранспортных средств, имеющих мягкий верх, допускается увеличение предельных значений на 2 дБА до 01.07.2001. 4 Для автотранспортных средств, поставленных на производство до 01.01.91, допускается увеличение предельных значений на 2 дБА. В соответствии с определением, приведенным в ЕЭК ООН [1].

Для снижения уровня шума применяется:

Ш активный трехэлементный глушитель шума выпуска;

Ш капотирование (установка капота) двигателя путем облицовки поверхностей моторного отсека звукопоглощающим материалом, обладающим коэффициентом поглощения не менее 0,5 при частоте 500 Гц.

Уровень шума в салоне на месте водителя:

Lс = L — 20lgГ -10lg4П, где Г=0,5 м.

Lc = 69 дБ — полученный результат удовлетворяет требованиям документа СН 3223-85 — санитарные нормы допустимого уровня шума на рабочих местах.

Вибрация

Вибрационные колебания возникают из-за неуравновешенности сил инерции 2 порядка, которые пытаются оторвать или прижать двигатель к подушкам опоры, для уменьшения передачи вибраций, силовой агрегат устанавливается на трех резинометаллических опорах. Вибрации, передающиеся непосредственно в салон автомобиля к креслу водителя, гасятся с помощью смягчающих материалов обивки салона и сидений. По ГОСТ 12.1.012-90 уровень вибраций не должен превышать 92 дБ.

Микроклимат и загрязнение окружающей среды

На производстве должны соблюдаться нормы концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Токсичность двигателя определяется с учетом вредных веществ в воздухе рабочей зоны:

Таблица 10.3. Токсичные компоненты в воздухе рабочей зоны.

Вещество	NOх	Бензин	Ацетон	Ангидрид сернистый	HCl	Изопрен	H2SO4	Ксилол	Керосин	Минеральные масла
Норма содержания в воздухе, (мг3/м3)	5	100	200	10	5	40	1	50	300	5

Уровень токсичности определяется с учетом среднесуточного содержания в отработавших газах компонент СО, СО₂, NOx, CH, лимитируемых нормами ЕВРО-2. Для снижения токсичности ОГ предусматриваются следующие мероприятия:

Ш регулировка состава горючей смеси;

Ш применение эффективной камеры сгорания, повышающей полноту сгорания топлива;

Ш использование четырехклапанной схемы газораспределения, улучшающей очистку, наполнение и, соответственно, процесс сгорания в цилиндре;

Ш повышение температуры отработавших газов;

Ш использование нейтрализатора ОГ.

Пожарная безопасность

Пожарная безопасность двигателя обеспечивается:

Ш надежным уплотнением элементов систем питания и смазки, исключающих течи масла и бензина;

Ш расположением впускного и выпускного коллекторов с разных сторон, исключающим попадание топлива на нагретые элементы выпускной системы;

Ш комплектацией транспортного средства огнетушителем по ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки». Легковые и грузовые автомобили должны комплектоваться порошковыми или хладоновыми огнетушителями с вместимостью корпуса не менее 2 л (типа ОП-2 или ОХ-2). На всех автомобилях огнетушители должны располагаться в кабине, в непосредственной близости от водителя или в легкодоступном месте. Запрещается хранение огнетушителей в багажнике, кузове и в других местах, доступ к которым затруднен.

Для предупреждения возникновения пожароопасных ситуаций на автомобиле запрещается:

Ш подавать бензин при неисправной топливной системе;

Ш применять для мытья двигателя бензин и другие ЛВЖ;

Ш оставлять в кабинах и на двигателе загрязненные маслом и топливом использованные обтирочные материалы.

Список литературы

автомобильный двигатель коленчатый вал шатун

Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания. Под ред. Н.Х.Дьяченко — Л.: Машиностроение, 1979.

Основы конструирования ДВС, конспект лекций.

Технология производства ДВС, конспект лекций.

Справочник конструктора-машиностроителя, под ред. В.И.Анурьева — М.: Машиностроение, 1992.

Охрана труда в машиностроении, сборник нормативно-технических документов в 2 т. — М.: Машиностроение, 1990.

Охрана труда в машиностроении, под ред. Е.Я.Юдина — М.: Машиностроение, 1983.

Безопасность жизнедеятельности в энергомашиностроении, Т.Т. Каверзнева и др.: СПбГТУ, 1996.

Охрана труда, методические указания по дипломному проектированию. Сост. А.И. Гнездов, Л., СПбГТУ, 1991.

Основы менеджмента. Конспект лекций.

Машиностроительное черчение, С.А.Фролов и др. — М.: Машиностроение, 1981.

«Расчет рабочего цикла ДВС, Ю.Н.Исаков, В.В.Ларионов, А.К.Костин.

Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет поршневых и комбинированных двигателей, Орлин — М.: Машиностроение, 1984.

Конструирование и расчет автотракторных двигателей, Вихерт М.М., 1964.

Технология производства ДВС, В.В.Румянцев, В.В.Ларионов. Учебное пособие, Л., 1991.

Технология производства ДВС, М.Л. Ягудин — М.: Машиностроение, 1981.

Технология двигателестроения, Б.П.Артемьев и др. — М.: Машиностроение, 1992.

Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. Уч-к для ВУЗов. Обельницкий А.М., Егорушкин Е.А., Чернявский Ю.Н.. — М.: ИПО «Полигран», 1995. — 272 с., ил.

Токсичность ДВС. В.В.Горбунов, А.Н.Потроханцев,1998г.

Токсичность автомобильных двигателей . К.А. Морозов, 2000г.

Список интернет сайтов (ссылки)

20. http://www.vazclub.com

21. http://autotun.ucoz.ru/index/dvigatel_vaz_2112/0-33

22. http://www.audiomobile.ru/life/10682.html

23. http://www.baltkam.ru/

24. http://www.sigma.spb.ru/

Размещено на