Модернизация системы охлаждения двигателя ЗМЗ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение и постановка задачи
1. Назначение и обзор систем охлаждения
1.1. Устройство, работа и конструктивные особенности систем жидкостного охлаждения
1.2. Пусковой подогреватель
2. Конструктивные особенности двигателя
2.1 Кривошипно-шатунный механизм и механизм газораспределения
2.2 Система смазки
2.3 Система охлаждения
2.4 Система питания и выпуска отработавших газов
3. Тепловой расчет
3.1 Топливо
3.2 Параметры рабочего тела
3.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
3.4 Процесс впуска
3.5 Процесс сжатия
3.6 Процесс сгорания
3.7 Процессы расширения и выпуска
3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла
3.9 Эффективные показатели двигателя
3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя
3.11 Расчет и построение индикаторной диаграммы
4. Кинематика
5. Динамика
5.1. Силы давления газов
5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
5.3 Удельные полные силы инерции
5.4 Удельные суммарные силы
5.5 Крутящие моменты
5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала
5.7 Уравновешивание
5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя
6. Расчет деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность
6.1 Расчет поршня
6.2 Расчет поршневого кольца
6.3 Расчет поршневого пальца
7. Конструкторский раздел
7.1 Расчет жидкостной системы охлаждения
7.2 Расчет радиатора
7.3 Водяной насос
7.4 Вентилятор
7.5 Описание предлагаемых конструктивных изменений
8 Охрана труда
8.1 Меры безопасности при эксплуатации автомобиля
8.2 Требования к рабочему месту водителя
8.3 Виброизоляция сиденья самоходной машины
8.4 Устойчивость легкового автомобиля
8.5 Противопожарная безопасность
9 Экономический раздел
10 Список литературы
ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Трудно поверить, что всего восемь лет назад на дорогах не было «газелей». Сегодня эти лобастые труженицы стали неотъемлемой чертой городского пейзажа - рядовыми членами автомобильного стада. По отечественным меркам, возраст для модели, тем более грузовой, юный, еще не все детские болячки вылечены. А вот по мировым - зрелость, граничащая со старостью. Тут одной косметикой не отделаться, нужна, как минимум, пластическая операция - фейслифтинг. К счастью, законы мирового автопрома начинают работать и в России.
Измененная внешность лишь часть модернизации - «Газели», начатой еще в 1998 год. Естественно, в рамках унификация все новое намечалось распространить и на «Соболь», который в ту пору существовал лишь в опытных образцах. На заводе был объявлен конкурс на лучший дизайн-проект: каждой из пяти образовавшихся групп предложили изготовить полноразмерный пластилиновый макет автомобиля. Точнее, пластилиновый «нос» к настоящим машинам, для чего в художественно-конструкторское бюро привезли несколько бортовых «газелей», фургон и даже «Соболь».
Задача непростая: сделать облик машины современным, придать ему черты фирменного «Газовского» стиля... и, по возможности, использовать уже существующие световые приборы. Однако вскоре стало ясно, что без новых фар не удастся заметно изменить внешний вид машины. И вот свершилось.
Из нескольких вариантов был выбран наиболее спокойный, без вычурных элементов внешности - такая машина не устареет с переменой автомобильной моды. У новой «Газели» появились подштамповки на капоте, чуть изменилась форма светоблоков и бампера, заблестела хромо: декоративная решетка. Последняя может быть металлической или пластиковой с металлизированным покрытием.
Но это лишь детали, видимые снаружи. Фактически же до передней двери кабина изменена полностью: кроме капота, крыльев, облицовки радиатора и бампера, другими стали каркас капота, внутренняя часть крыльев, передняя панель под облицовкой, поперечина бампера, формованная шумоизоляция. Элементы облицовки теперь крепятся иначе, что позволило уменьшить зазоры между ними. Чуть разведенные лонжероны сделали моторный отсек просторнее - не в последнюю очередь, чтобы разместить силовые агрегаты более тяжелого «Валдая», на который будет устанавливаться эта же кабина, но с другим моторным щитом. Измененная силовая структура носовой части сделала невзаимозаменяемыми бамперы - у нового другие точки крепления. Кстати, в нем предусмотрены места для монтажа малогабаритных противотуманных фар. Серьезным изменениям подвергнется ходовая часть, появится новый силовой агрегат. Так, принято решение о выпуске полноприводных «соболей» (ЗР, 2000, № 6) -они могут появиться еще до конца нынешнего года. Главная перемена в интерьере - передняя панель. Она не только привлекательнее и современнее, но и скрывает более компактный и мощный отопитель и, опять-таки, обеспечивает унификацию с «Валдаем», где выступающий в кабину длинный шестицилиндровый дизель ГАЗ-562 подпирает снизу переднюю панель, тесня «печку». Оптимизировано расположение дефлекторов системы вентиляции, а вместо не слишком надежных ползунковых регуляторов появились удобные вращающиеся рукоятки. Предусмотрено место и под второй стандартный блок аудиоаппаратуры.
Для пассажирских микроавтобусов разрабатывается поворотный механизм кресла - при желании можно развернуться лицом к сидящему сзади собеседнику. Существенно расширятся возможности трансформации салона благодаря сиденьям со встроенными ремнями безопасности - сейчас они буквально привязаны к одному месту за 'усиленными на кузове ремнями.
Со временем будут устанавливать впрысковой мотор ЗМЗ-405, каталитический нейтрализатор, адсорбер паров бензина, новые топливопроводы и соединения - это позволит уложиться в нормы токсичности Евро П. Разрабатывается и антиблокировочная система - прежде всего для динамичных «соболей». Правда, эти новшества появятся после того, как обновленные машины пойдут в серию.
Начать выпуск модернизированных «газелей» и «соболей» планируют в январе будущего года. Параллельно делать старые и новые машины невозможно - переходного периода не будет. На несколько дней остановят все производство, поменяют часть оснастки и начнут собирать уже новые машины. А для снижения потерь остановить конвейер планируют в нерабочие дни, скажем, в новогодне-рождественские праздники.
Логично ожидать, что цена обновленных автомобилей поднимется, однако, на ГАЗе обещают совсем незначительный рост.
Ведь замена оборудования - мероприятие плановое, проводится по мере износа и изначально за-ложено в себестоимость продукции. Всего в подготовку производства пла-нируется вложить около 300 млн. рублей. Сумма большая, однако, если ее разделить на срок окупаемости пять лет (а следующее поколение «газелей», наверняка, раньше не появится), да на годовую программу (примерно 100 тысяч автомобилей), то выходит не так и много - около 600 рублей на машину. Конечно, свою лепту в рост цены вне-сут и поставщики - те же раскосые глаза-фары, наверняка, обойдутся дороже, чем нынешние, - но это тоже доли процента от стоимости автомобиля. В общем, ждать новых машин осталось не так уж долго, а там - посмотрим.
Эффективность работы автомобильного транспорта базируется на надёжности подвижного состава, которая обеспечивается в процессе его производства, эксплуатации и ремонта:
совершенством конструкции и качеством изготовления; своевременным и качественным выполнением технического обслуживания и ремонта;
своевременным обеспечением и использованием нормативных запасов материалов и запасных частей высокого качества и необходимой номенклатуры;
соблюдением государственных стандартов и Правил технической эксплуатации.
В общем из выше сказанного становится ясно ,что данный тип автомобилей занимает достойную нишу на рынке и в народном хозяйстве. Однако при всех достоинствах этого модельного ряда автомобилей марки ГАЗ есть и недостатки, которые заметно портят общее впечатление даже при применении новых дизайнерских и эргономических решений. Прежде всего, этому способствуют двигатели ЗМЗ, которые, по сути, являются не чем иным как так или иначе переработанным мотором ГАЗ-24, уже более 40 лет стоящему на производстве и разработанному, прежде всего для легковых автомобилей. Вследствие вышесказанного при применении этих двигателей на более тяжелых и нагружаемых «ГАЗелях» имеют место следующие недостатки, а именно: недостаточные тягово-скоростные характеристики и напряженный тепловой режим, часто приводящий к перегреву двигателя (что и будет более подробно рассмотрено в данной работе). Можно, конечно говорить о применении на этих автомобилях более дорогих и сложных двигателях с непосредственным впрыском бензина или дизельного топлива отечественного или импортного производства, что, кстати, уже происходит, но в этом случае недостатки могут обернуться достоинствами. Дело в том, что старый и проверенный карбюраторный двигатель относительно дешево стоит, прост в обслуживании и ремонте, а это зачастую имеет решающее значение при покупке машины на территории стран СНГ основному ареалу обитания «ГАЗелей». А с недостатками можно бороться. В данной работе я хочу предложить, вариант усовершенствования карбюраторного двигателя ЗМЗ-406 применяемого на автомобилях типа «Газель» обращая особое внимание на доработку системы охлаждения автомобиля, а также рассмотреть системы охлаждения автомобилей других марок.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЗОР СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯТемпература газов в камере сгорания в момент воспламенения смеси превышает 2700 К (2500°С). Такая температура при отсутствии искусственного охлаждения привела бы к сильному нагреву деталей двигателя и их разрушению, вообще нарушение теплового баланса влияет как износ двигателя, так и на экономичность ого работы в плане расхода ГСМ. Поэтому система охлаждение двигателя является одной из основных систем автомобиля. Система охлаждения обеспечивает охлаждение деталей, соприкасающихся с горячими газами. Охлаждение может производиться водой, воздухом, а также маслом и топливом (охлаждение поршней, насос - форсунок). В зависимости от принятого способа охлаждения в данную группу входят различные устройства и механизмы для подвода охладителя к деталям и тепло - газообменники.При воздушном охлаждении не требуются радиатор, водяной насос и трубопроводы, отпадает опасность «размораживания» двигателя зимой при заправке системы охлаждения водой. Поэтому, несмотря на повышенную затрату мощности, на приведение в действие вентилятора и затрудненный пуск при низкой температуре, воздушное, охлаждение применяют на легковом автомобиле ЗАЗ-968М «Запорожец» и ряде зарубежных авто-мобилей.Жидкостная система охлаждения заполняется водой или антифризом (смесью воды с этиленгликолем), не замерзающим при температуре до 233 К (--40°С).При чрезмерном охлаждении двигателя увеличиваются потери тепла с охлаждающей жидкостью, не полностью испаряется и сгорает топливо, которое в жидком виде проникает в поддон картера и разжижает масло. Это приводит к снижению мощности и экономичности двигателя и быстрому износу деталей. При перегреве двигателя происходит разложение и коксование, масла, ускоряющие отложение нагара, вследствие чего ухудшается отвод тепла. Из-за расширения деталей уменьшаются температурные зазоры, увеличиваются трение и износ деталей, ухудшается на-полнение цилиндров.Температура охлаждающей жидкости при работе двигателя должна быть 360--375 К (85--100°С).В автомобильных двигателях применяют принудительную (насосную) систему жидкостного охлаждения. Такая система включает рубашки охлаждения цилиндров и головок цилиндров, радиатор 13 (рис. 1), водяной насос 2, вентилятор 1, жалюзи 14, термостат 5, сливные краны 11 и 12, указатели температуры охлаждающей жидкости.Жидкость, циркулирующая в системе охлаждения, воспринимает тепло от стенок цилиндров и их головок и передает его через радиатор окружающей среде. Иногда предусматривается направление потока циркулирующей жидкости через водораспределительную трубу или продольный канал с отверстиями в первую очередь к наиболее нагретым деталям (выпускные клапаны, свечи зажигания, стенки камеры сгорания).Система охлаждения двигателя обычно используется для подогрева впускного трубопровода, охлаждения компрессора 3 и отопления кабины или пассажирского помещения кузова. Отопительная система состоит из радиатора 9, вентилятора, воздухораспределительных труб и рукояток управ-ления.В современных автомобильных двигателях применяют закрытые системы жидкостного охлаждения, сообщающиеся с атмосферой через клапаны в пробке радиатора. В такой системе повышается температура кипения воды, закипает вода реже и меньше испаряется. 1.1. Устройство, работа и конструктивные особенности систем жидкостного охлажденияРадиатор 13 (см. рис. 1) предназначен для охлаждения горячей воды, выходящей из рубашки охлаждения двигателя. Располагается он впереди двигателя. Трубчатый радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между собой тремя-четырьмя рядами латунных трубок. Поперечно расположенные горизонтальные пластины придают радиатору жесткость и увеличивают поверхность охлаждения.Радиаторы двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 трубчато-ленточные со змейковыми охлаждающими пластинами (лентами), расположенными между трубками. Системы охлаждения этих двигателей , закрытые, поэтому пробки радиатора имеют паровой 1 и воздушный 2 клапаны (рис. 2, а, б).Паровой клапан 1 открывается при избыточном давлении 0,045--0,055 МПа (0,45--0,55 кгс/см2) (ЗМЗ-24, ЗМЗ-53). При открытии клапана избыток воды или пара отводится через пароотводную труб-ку. Воздушный клапан 2 предохраняет радиатор от сжатия давлением воздуха и открывается при ох-лаждении воды, когда давление в системе снижает-ся на 0,01 МПа (0,10 кгс/см2).Для слива жидкости из системы охлаждения открывают сливные краны 11 (см. рис. 1) блоков цилиндров и сливной кран 12 патрубка радиатора, а также пробку радиатора или расширительного бачка. У двигателей ЗИЛ сливные краны блоков цилиндров и патрубка радиатора имеют дистанцион-ное управление. Рукоятки кранов выведены в подкапотное пространство над двигателем.На автомобилях КамАЗ-5320 устанавливают расширительный бачок, предназначенный для компенсации изменений объема жидкости, происходящих при работе двигателя. Впускной и выпускной клапаны размещаются в пробке этого бачка. На бачке имеется кран для контроля уровня антифриза Тосол-А40 или Тосол-А65, которым заправляется система охлаждения. В связи с использованием антифриза вместо сливных краников установлены резьбовые конические пробки.Расширительные бачки устанавливают также в системе охлаждения двигателей автомобилей «Жигули» и ГАЗ-24 «Волга».Жалюзи 14 (см. рис. 1) створчатого типа предназначены для изменения количества воздуха, проходящего через радиатор. Управляет ими водитель с помощью троса и рукоятки, выведенной в кабину.Водяной насос (рис. 2, в) служит для создания циркуляции воды в системе охлаждения. Он состоит из корпуса 8. вала б, крыльчатки 7 и самоуплотняющегося сальника. Располагается насос обычно в передней части блока цилиндров и имеет привод клиновидным ремнем от коленчатого вала двигателя. Шкив 2 приводит во вращение одновременно крыльчатку 7 водяного насоса и ступицу 3 вентилятора. Самоуплотняющийся сальник состоит из резинового уплотнителя 9, графитизированной текстолитовой шайбы 10, обоймы 11 и пружины, прижи-мающей шайбу 10 к торцу подводящего патрубка 12.Вентилятор предназначен для усиления потока воздуха, проходящего через радиатор. Вентилятор имеет обычно четыре--шесть лопастей 1. Для снижения шума лопасти располагают Х-образно, попарно под углом 70 и 110. Изготовляют лопасти из листовой стали или пластмассы («Москвич-2140», ГАЗ-24 «Волга»).Лопасти имеют отогнутые концы (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130), что улучшает вентиляцию подкапотного пространства и повышает производительность вентиляторов. Иногда вентилятор располагают в кожухе, который способствует повышению скорости воздуха, просасываемого через радиатор.Для уменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения работы системы охлаждения применяют вентиляторы с электромагнитной муфтой. Эта муфта автоматически отключает вентилятор, когда температура воды в верхнем бачке радиатора ниже 350--358 К (78 85°С).В привод вентилятора двигателя КамАЗ-740 включена гидромуфта, обеспечивающая плавную передачу вращения от коленчатого вала к вентилятору.Гидромуфта включается автоматически: по мере увеличения температуры Жидкости в системе охлаждения активная масса, находящаяся в баллоне включателя, плавится, и объем ее увеличивается, а это вызывает перемещение золотника, открывающего доступ масла из системы смазки в гидромуфту, Частота вращения вентилятора зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту. При прекращении подачи масла вентилятор отключается.В настоящее время стремительно развиваются «разумные» системы регулирования температуры охлаждающей жидкости т.к., например классический постоянный привод вентилятора и водяного насоса отнимает часть мощности двигателя при этом на относительно больших установившихся скоростях (движение по шоссе) зачастую работа вентилятора не нужна. Поэтому ниже будут описаны некоторые системы разумных вентиляторов.Вентилятор -- неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного двигателя. При жидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном -- подает этот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретым частям мотора. И можно сказать, с момента появления вентиляторов инженеры решают, как сделать его привод оптимальным. Познакомимся с некоторыми результатами из усилий. Простейшая конструкция привода вентилятора хорошо известна - клиновым ремнем от шкива, установленного на носке коленчатого вала. Но простое не всегда означает самое лучшее. Вентилятор работает постоянно, а значит, постоянно шумит, потребляет мощность, и немалую (3-6% от мощности двигателя), и, главное, охлаждает двигатель независимо от его температурного режима. Именно большая потребляемая мощность побудила отказаться от ременного привода в пользу шестерен на тяжелых двигателях. Чтобы привод не испытывал больших нагрузок при резкой смене режимов работы мотора (не забудьте - вентилятор тоже своего рода маховик и момент инерции его отнюдь не мал), устанавливают фрикционные, гидравлические или упругие резиновые муфты (рис. 3). Теперь о том, как заставить вентилятор работать таким образом, чтобы зря не остужать холодный двигатель, и интенсивно трудиться, когда мотору жарко. Одной из самых первых и простых систем регулирования была... замена вентилятора. В жаркое время года использовалась крыльчатка большей производительности, зимой - меньшей. Само собой, что регулирование осуществлялось очень грубо - вряд ли можно представить себе водителя, выбирающего вентиляторы в соответствии с прогнозом погоды и меняющего их чуть ли не ежедневно.Страницы: 1, 2
