Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания ВАЗ 2103

1. ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ПРОТОТИПА

Двигатель ВАЗ-2103 - это силовой агрегат из модельного ряда ВАЗ, которые производятся на Волжском автомобильном заводе. Двигатель ВАЗ-2103, четырехтактный, рядный, имеет 4 цилиндра (рис. 1 и 2). Их используют для установки на легковые автомобили Волжского автомобильного завода. Двигатель ВАЗ-2103 имеет рабочий объем 1,5 литра, карбюраторный и жидкостное охлаждение. Эксплуатируется транспортное средство с этим двигателем при любой температуре и в различных климатических поясах.

Рисунок 1.1 _ Продольный разрез двигателя ВАЗ-2103

Рисунок 1.2 _ Поперечный разрез двигателя ВАЗ-2103

Таблица 1.1

Технические характеристики двигателя ВАЗ-2103

Поршни

Поршни отлиты из алюминиевого сплава и покрыты слоем олова для улучшения прирабатываемости. Юбки поршней сложной геометрической формы: по высоте конические, с большим основанием внизу юбки, а в поперечном сечении - овальные, с большей осью, расположенной перпендикулярно оси поршневого пальца. Оси отверстий под поршневые пальцы смещены от оси симметрии поршней на 2 мм в правую сторону двигателя. В канавках поршней установлены два чугунных литых компрессионных кольца и одно, также чугунное, маслосъемное.

Поршневые кольца (компрессионные)

Все поршневые кольца изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо работает в условиях высокой температуры, агрессивного воздействия продуктов сгорания и недостаточной смазки, поэтому для повышения износоустойчивости наружная поверхность его хромирована и для улучшения прирабатываемости имеет бочкообразную форму образующей.

Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа (имеет проточку по наружной поверхности), фосфатированное, выполняет также дополнительную функцию и маслосбрасывающего кольца. Кольцо устанавливается обязательно проточкой вниз, иначе возрастают расход масла и нагарообразование в камере сгорания.

Маслосъемное кольцо имеет прорези для снимаемого с цилиндра масла и внутреннюю витую пружину - расширитель, обеспечивающий дополнительное прижатие кольца к стенке цилиндра.

Поршневые пальцы

С коваными стальными шатунами поршни соединены с помощью стальных цементированных поршневых пальцев трубчатого сечения. Поршневые пальцы запрессованы в верхнюю бобышку шатуна с натягом и свободно вращаются в бобышках поршней.

Шатуны (стальные, кованые)

Крышка шатуна обрабатывается в сборе с ним, поэтому при разборке и сборке двигателя нельзя переставлять с одного шатуна на другой. На бобышках под болт на шатуне и крышке выбиты порядковые номера цилиндров, которые при сборке должны быть совмещены. При правильном положении крышки пазы для фиксирующих выступов вкладышей в шатуне и крышке также располагаются с одной стороны. На стержне шатуна выштампован номер детали; на крышке имеется выступ. При сборке номер и выступ должны быть обращены к задней стороне двигателя. Поршневые и кривошипные головки шатунов подбираются по массе.

Вкладыши изготовлены с большой точностью и при установке не требуют шабровки, подпиливания стыков или установки прокладок. Эти операции при тонкостенных вкладышах не допускаются.

Коленчатый вал пятиопорный

Отлит из высокопрочного чугуна, статически и динамически сбалансирован. Осевое перемещение вала ограничено двумя упорными шайбами, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Величина осевого зазора составляет 0.075-0.175 мм достигается подбором передней сталебабитовой упорной шайбы соответствующей толщины.

Маховик отлит из серого чугуна и имеет напрессованный стальной зубчатый обод для пуска двигателя стартером.

Блок цилиндров

Цилиндры двигателя объединены вместе с верхней частью картера и представляют собой единую тонкостенную отливку из специального низколегированного чугуна - блок цилиндров. Он является базовой деталью двигателя и служит для установки и крепления механизмов, аппаратов и вспомогательных агрегатов двигателя. Протоки для охлаждающей жидкости сделаны по всей высоте цилиндров, что улучшает охлаждение поршней и поршневых колец и уменьшает деформации блока от неравномерного нагрева.

Головки цилиндров

Головка блока цилиндров отлита из алюминия прикреплена к блоку одиннадцатью болтами. Между головкой и блоком установлена прокладка, изготовленная из асбестового материала на металлическом каркасе и пропитанная графитом. Сверху головка блока закрыта стальной штампованной крышкой, под которой установлена уплотнительная прокладка из резинопробковой смеси.

Механизм газораспределения

Распределительный вал чугунный, литой с закаленными трущимися поверхностями кулачков, установлен в съемном алюминиевом корпусе, закрепленном на верхней плоскости головки блока цилиндров, отлитой из алюминиевого сплава. Он приводится во вращение от коленчатого вала двухрядной роликовой целью. Этой же цепью приводится во вращение и вал привода вспомогательных механизмов (масляного насоса и распределителя зажигания). Натягивают цепь пружинным натяжителем через башмак с накладкой. Колебания цепи гасятся успокоителем.

Клапаны

В каждом цилиндре двигателя по одному впускному и выпускному клапану. Выпускные клапаны сварные из двух частей: стержня из хромоникельмолибденовой стали и тарелки из хромоникельмарганцевой стали с наплавкой рабочей фаски специальным жаростойким сплавом. Впускные клапаны изготовлены из хромоникельмолибденовой стали. Стержни всех клапанов азотированы, а торцы стержней закалены токами высокой частоты. Клапаны перемещаются в направляющих втулках под действием кулачков распределительного вала через стальные рычаги, опирающиеся одним плечом на сферические головки регулировочных болтов, а другим - на торцы стержней клапанов. Регулировочные болты ввернуты во втулки и застопорены гайками.

Рычаг привода клапана Стальные кованые

Пятка рычага опирается на шаровую головку регулировочного болта, который установлен в резьбовой втулке головки блока. Рычаг прижимается к болту при помощи пружины.

Фазы распределения двигателя

Впускной клапан открывается за 12 до в.м.т. и закрывается через 60 после н.м.т. Выпускной клапан открывается за 54 до н.м.т. и закрывается через 18 после в.м.т.

Указанные фазы действительны при зазоре между коромыслом и клапаном, равном 0.45 мм.

Система смазки

Комбинированная - под давлением и разбрызгиванием. Она состоит из маслоприемника, масляного насоса, масляных каналов, масляного фильтра, редукционного клапана, масляного картера, стержневого указателя уровня масла, предохранительного клапана.

Масляный картер - штампованный из листовой стали, крепится 21 болтом блоку цилиндров.

Маслоприемник снабжен сеткой, удерживаемой проволочной скобой. При чистой сетке масло поступает в насос через ее ячейки, а при засоренной через щель между сеткой и корпусом приемника.

Масляный насос - шестеренчатого типа установлен внутри масляного картера и крепится к блоку цилиндров двумя шпильками. Корпус насоса изготовлен из алюминиевого сплава, крышка насоса из чугуна, ведущая шестерня - стальная, закреплена на валу штифтом, ведомая - из металлокерамики, вращается на оси, закрепленной в корпусе насоса. Расположен в крышке масляного насоса. Отрегулирован на заводе установкой тарированной пружины, для сжатия которой до длины 40 мм необходимо усилие в 4.35-4.85 кгс.

Привод масляного насоса осуществляется от распределительного вала парой винтовых шестерен. Ведущая шестерня выполнена заодно с распределительным валом. Ведомая _ стальная, цианированная, закреплена на валике привода, вращающемся в чугунном корпусе, снабженном в нижней части бронзовой втулкой.

Фильтр очистки масла - полнопоточный неразборной фильтр комбинированной (тонкой и грубой) очистки масла. В случае сильного загрязнения фильтрующего элемента открывается перепускной клапан и масло минует фильтрующий элемент. Фильтр также имеет обратный клапан, который предотвращает масляное голодание двигателя.

2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ТЕПЛОВОМУ РАСЧЕТУ

2.1 Тип двигателя

Двигатель четырехтактный, четырёхцилиндровый, рядный, бензиновый

2.2 Степень сжатия

При проектировании двигателя с искровым зажиганием степень сжатия е выбирают по возможности высокой. Это связано с тем, что при повышении степени сжатия:

а) улучшается теплоиспользование, а, следовательно - топливная экономичность двигателя, вследствие роста индикаторного КПД цикла;

б) улучшаются пусковые качества двигателя.

Однако повышение степени сжатия имеет и отрицательные стороны: рост температуры в цилиндре при высоких е приводит, особенно на средних и номинальных нагрузках, к увеличению содержания окислов азота в продуктах сгорания - растут механические и тепловые нагрузки на детали поршневой группы и коленчатого вала, что снижает надежность и долговечность двигателя.

В современных бензиновых ДВС степень сжатия изменяется в диапазоне е = 6-11.

Принимаем степень сжатия е = 9 для топливной экономичности двигателя и улучшения пусковых качеств.

2.3 Частота вращения коленчатого вала

В карбюраторном двигателе с увеличением частоты вращения коленчатого вала на достигнутом уровне эффективность процесса сгорания удается не ухудшить, а потери тепла за цикл при этом снижаются за счет сокращения времени на теплообмен между газом и стенками цилиндра, что увеличивает индикаторный КПД. С увеличением n количество оксидов углерода СО в отработавших газах уменьшается, а оксидов азота, - увеличивается. Но увеличение частоты вращения коленчатого вала сопровождается увеличением сил инерции, которые нагружают детали КШМ, что приводит к необходимости увеличения размеров и массы этих деталей, как результат - увеличиваются потери на трение, снижается надежность работы двигателя. В карбюраторных и газовых двигателях частота вращения коленчатого вала легковых автомобилей находится в пределах n=3500-6000. Для данного ДВС принимаем n=5600 для небольшого увеличения мощности.