Тепловой расчет двигателя ЗИЛ-130

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Тепловой расчет двигателя ЗИЛ-130"

двигатель смазка коленчатый поршень тепловой

Ведение

В настоящее время эксплуатируется большое количество силовых установок (ДВС), которые физически или морально устарели, поэтому при ремонте целесообразно их модернизировать с целью улучшения технико-экономических показателей для выхода на европейский уровень. Это и является основной целью курсовой работы.

При модернизации будут использоваться показатели, заданные кафедрой ДВС на курсовую работу: ЗИЛ-130, n=3300, =0,91, =8,3.

1. Особенности конструкции модернизируемого двигателя

1.1 Короткая техническая характеристика двигателя

Автомобиль ЗИЛ 130 - двухосный грузовой автомобиль-тягач. Предназначен для перевозки различных грузов и людей, буксировки прицепных систем. ЗИЛ-130 Рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +55 до -45 градусов, относительной влажности до 80% и в районах до 3000 м над уровнем моря. Мощный и выносливый двигатель ЗИЛ отлично реализует потенциал этой машины. На шасси ЗИЛ возможна установка фургонов, рефрижераторов, другого спец. оборудования.

Таблица

Полная масса автомобиля ЗИЛ 130, кг	10605
Масса снаряженного автомобиля, кг	4380
Грузоподъемность ЗИЛ 130 , кг	6000
Допустимая полная масса буксируемого прицепа с грузом, кг	8000
Габаритные размеры ЗИЛ 130, мм	6675х2510х2400
Формула колес ЗИЛ 130	4х2
Максимальная скорость, км/ч	90
Расход топлива, л/100 км	26.5
Размеры платформы ЗИЛ 130, мм	3752х2326х575
Двигатель ЗИЛ-130	ЗИЛ 5081.1000401 V-образный, четырехтактный, карбюраторный, верхнеклапанный
Мощность двигателя ЗИЛ 130 при 3200 об/мин, л.с.	150
Крутящий момент двигателя ЗИЛ 130 при 1800...2000 об/мин, кГс/м	41

1.2 Тип камеры сгорания, смесеобразование

Конструкция камеры сгорания в значительной мере зависит от общей компоновки двигателя. Особое внимание уделяется технологии изготовления камер сгорания, методу обработки их поверхностей и получению одинаковых объемов камер во всех цилиндрах. Различные формы камер сгорания могут быть сведены к принципиальным схемам. В настоящее время наибольшее распространение получили камеры сгорания: плоскоовальная, г и полуклиновидная (82, ж) с небольшим углом наклона (ЗИЛ-130, ЗИЛ-375, ГАЗ-21, ГАЗ-24, МЗМА-407 и АЗЛК-408, ВАЗ-2103). На двигателе АЗЛК-412 применяют полусферическую камеру. Камеры сгорания оценивают по следующим основным показателям:

возможности обеспечения высокой степени очистки и наполнения цилиндра, что, в частности, связано с размещением клапанов с развитыми проходными сечениями. Факторы, определяющие эти качества, были рассмотрены ранее (см. гл. IV);

отношению поверхности камеры сгорания Рт к ее объему Укс. Увеличение этого отношения влияет на тепловые потери в стенки, а также на потери, связанные с замедленным сгоранием у стенок и в узких зазорах, образуемых в различных зонах камеры. Последнее, а также возможность полного прекращения реакций в пристеночной зоне увеличивает содержание несгоревших углеводородов СХНУ в продуктах сгорания. Существенное влияние на концентрацию несгоревших углеводородов в продуктах сгорания оказывает высота зазора между днищем поршня и головкой в зоне вытеснителя. При большем зазоре вследствие более полного протекания реакции содержание несгоревших углеводородов в продуктах сгорания уменьшается; степени турбулизации заряда в камере сгорания при впуске и сжатии.

1.3 Корпусные детали

Блок цилиндров отливается из серого чугуна (у двигателей автомобилей семейства ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ и ВАЗ) или из алюминиевого сплава (у двигателей автомобилей ГАЗ-2410 "Волга", "Москвич" - 2140).

У дизелей КамАЗ на зеркало цилиндров наносят мелкую (ромбовидную) сетку для лучшего удержания смазочного материала.

Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну общую головку цилиндров, двигатели с V- образным расположением цилиндров - две (двигатели ЗИЛ -130, ГАЗ - 53-11) или четыре на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240). У двигателей автомобилей КамАЗ каждый цилиндр снабжен отдельной головкой цилиндра.

Нижнюю головку, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет значительные размеры и превышает диаметр цилиндра (у дизелей ЯМЗ), плоскость разъема головки делают под углом (косой срез), что позволяет уменьшить радиус окружности, описываемой нижней частью шатуна.

На крышке и стержне шатуна дизеля КамАЗ-740 метки выбивают в виде трехзначных номеров. Кроме того, на крышке шатуна выбивают порядковый номер цилиндра. Так, у двигателя ЗИЛ-130 метка на днище поршня должна быть направлена к передней части двигателя. При этом метка на шатуне для левого ряда цилиндров должна быть направлена в одну сторону с меткой на поршне, а метка на шатуне для правого ряда цилиндров должна быть направлена в противоположную сторону относительно метки на поршне.

Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (двигатели ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.).

Полноопорные валы двигателей (ЗИЛ-130, КамАЗ-740, ВАЗ-2108) отличаются большой жесткостью, что повышает работоспособность кривошипно-шатунного механизма.

1.4 Группа поршня

Поршень. Воспринимает давление газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень представляет собой перевернутый цилиндрический стакан, отлитый из алюминиевого сплава. В верхней части поршня расположена головка с канавками, в которые вставлены поршневые кольца. Ниже головки выполнена юбка, направляющая движение поршня. В юбке поршня имеются приливы-бобышки с отверстиями для поршневого пальца.

При работе двигателя поршень, нагреваясь, расширится и, если между ним и зеркалом цилиндра не будет необходимого зазора, заклинится в цилиндре и двигатель прекратит работу. Однако большой зазор между поршнем и зеркалом цилиндра также нежелателен, так как это приводит к прорыву части газов в картер двигателя, падению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя. Чтобы поршень не заклинивался при прогретом двигателе, головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбка, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса с большой осью его в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. На юбке поршня может быть разрез. Благодаря овальной форме и разрезу юбка предотвращается заклинивание поршня при работе прогретого двигателя.

Поршневые кольца, применяемые в двигателях, подразделяются на компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер, а маслосъемные снимают излишки масла с зеркала цилиндров и не допускают проникновение масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок).

При установке поршня в цилиндр поршневое кольцо предварительно сжимают, в результате чего обеспечивается его плотное прилегание к зеркалу цилиндра при разжатии. На кольцах имеются фаски, за счет которых кольцо несколько перекашивается и быстрее притирается к зеркалу цилиндра, и уменьшается насосное действие колец.

Количество колец, устанавливаемых на поршнях изучаемых двигателей, неодинаковое. На поршнях двигателей ЗИЛ-130 три компрессионных кольца, два верхних хромированны по поверхности, соприкасающейся с гильзой.

Малосъемных колец в изучаемых двигателях по одному. Малосъемное кольцо собрано из четырех отдельных элементов - двух тонких стальных разрезных колец и двух гофрированных стальных расширителей (осевого и радиального).

При установке колец на поршень их замки следует размещать в разные стороны.

1.5 Группа коленчатого вала

Коленчатый вал воспринимает силу давления газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля.

Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных чугунов.

Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, противовесов, заднего конца с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика, переднего конца, на котором установлен хроповик пусковой рукоятки и шестерня газораспределения, шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.

Шатунные шейки со щеками образуют кривошипы. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, которые изготовляют за одно целое со щеками, имеющими каналы для подвода масла, или прикрепляют к ним болтами. Если с обеих сторон шатунной шейки расположены коренные шейки, то такой коленчатый вал называется полнопорным.

В щеках коленчатого вала просверлены наклонные каналы для подвода масла от коренных подшипников к масляным полостям, выполненных в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками. Эти полости являются грязеуловителями, в которых под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала собираются продукты изнашивания, содержащиеся в масле.

Гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки растачивают совместно, поэтому при сборке двигателя их необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противоударными свойствами и повышенной прочностью. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами, входящие в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках.

Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом СОС-6-6, содержащим свинец, олово и сурьму.

Осевые нагрузки коленчатого вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия, установленных в выточках задней коренной опоры.

На двигателе ЗИЛ-130 передний конец коленчатого вала уплотнен резиново-каркасным сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, а между шестерней и шкивом коленчатого вала установлен маслоотражатель, отгоняющий масло внутрь картера. Уплотнение заднего конца коленчатого вала обеспечивается графито-асбестовым сальником, размещенным в кольцевой канавке гнезда подшипника и его крышке, в плоскости разъема которой дополнительно устанавливаются резиновые прокладки, а по бокам - деревянные уплотнители. Кроме того, на задней шейке коленчатого вала находятся спиральная маслоотгонная канавка и маслосбрасывающий гребень, от которых масло отбрасывается через сливные (дренажные) отверстия в поддон картера.

1.6 Механизм газораспределения

Газораспределительный механизм управляет своевременным впуском в цилиндр рабочей смеси и выпуском из цилиндра отработавших газов. У автотракторных четырехтактных двигателей применяются клапанные газораспределительные механизмы с нижним, верхним и смешанным расположением клапанов. Верхние клапаны получили преимущественное распространение, так как имеют более совершенную камеру сгорания и получают от двигателя большую мощность при высокой экономичности.

Механизм газораспределения состоит из клапанов с пружинами и направляющими втулками, толкателей и распределительного вала.

Клапаны подвержены действию высоких температур (выпускной-- до. 800--900°С) и динамических нагрузок. Поэтому они должны: сохранять механические свойства при высоких температурах; обеспечивать хорошее уплотнение гнезда; противостоять коррозии и появлению окалины; интенсивно отводить тепло во избежание перегрева.

Клапан состоит из головки с тщательно обработанной фаской и стержня.

Число клапанов на каждый цилиндр бывает равным двум (впускной и выпускной), трем (впускной и два выпускных) и четырем (по два впускных и выпускных). Впускные клапаны имеют больший диаметр.

Место посадки клапана называется седлом. Оно устраивается в теле блока или головки цилиндра или делается вставным. Вставные седла более распространены и изготовляются из хромо-молибденового чугуна и запрессовываются в гнезда упомянутых деталей.

Толкатели передают движение от распределительного вала к клапанам и разгружают последние от боковых усилий, возникающих от вращения кулачков.

Распределительный вал снабжен кулачками, число и характер расположения которых определяются числом цилиндров и порядком работы двигателя, а также тем, сколько клапанов имеет каждый цилиндр.

Важное значение для работы двигателя и надежности газораспределения имеет удачный выбор профиля кулачка. Последний должен обеспечивать максимальную пропускную способность клапана и безударную работу механизма.

Пропускная способность клапана оценивается фактором время -- сечение, представляющим произведение площади проходного сечения клапана на время, в течение которого он открыт.

Распределительный вал, в зависимости от числа цилиндров, опирается на два, три или пять опорных подшипников скольжения, для чего имеет соответствующее число шеек. Рабочие поверхности шеек и кулачков цементируются.

Привод распределительного вала чаще бывает шестеренчатым с передаточным отношением 1 : 2 для четырехтактных двигателей и 1 : 1 для двухтактных.

Фазы газораспределения --это моменты начала открытия и закрытия клапанов, фиксируемые углами поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения указываются в таблицах характе-. ристик двигателей, но более наглядно они изображаются на диаграммах газораспределения (рис. 4).

Впускной клапан у быстроходных двигателей открывается до прихода поршня в положение ВМТ, что к началу впуска обеспечивает открытие отверстия на значительную величину. Для двигателя ЗИЛ-130, например, открытие происходит за 21° до ВМТ. Закрытие впускного клапана начинается после того, как поршень пройдет НМТ. Для ЗИЛ-130 это происходит с запаздыванием на 75° после НМТ. Инерция газового потока используется для лучшего наполнения цилиндра.

Выпускной клапан открывается всегда до прихода поршня в НМТ, т. е. до окончания такта расширения, чтобы ослабилось противодавление газов при последующем движении поршня вверх. Для ЗИЛ-130 утл опережения открытия составляет 57° до НМТ. Закрытие выпускного клапана происходит после прихода поршня в ВМТ (у ЗИЛ-130 на 39°) для обеспечения лучшей очистки цилиндра от газов.

Перекрытием клапанов называется время, в течение которого одновременно открыты впускной и выпускной клапаны.

1.7 Система смазки

Между отдельными деталями двигателя, поверхности которых перемещаются одна относительно другой, возникает сила, препятствующая этому перемещению, называемая силой трения. Сила трения зависит от точности обработки соприкасающихся поверхностей, давления и скорости относительного перемещения. На преодоление сил трения затрачивается часть мощности двигателя; помимо этого трение приводит к износу деталей и их нагреву. Уменьшение сил трения достигается улучшением качества обработки поверхности, применением антифрикционных сплавов, шариковых и роликовых подшипников. Одним из наиболее эффективных способов уменьшения сил трения является смазка. Смазка, находящаяся между трущимися поверхностями, разделяет их, заменяя непосредственное трение деталей трением слоев смазки между собой. Помимо этого, масло охлаждает смазываемые детали и уносит твердые частицы между ними.

Недостаточная подача масла вызывает потерю мощности, усиленный износ, перегрев и даже расплавление подшипников, заклинивание поршней и прекращение работы двигателя.

При чрезмерной подаче часть масла попадает в камеру сгорания, отчего увеличивается отложение нагара и ухудшаются условия работы свечей зажигания.

Норма расхода масел составляет: для карбюраторных двигателей 2,4% от нормы расхода топлива, для дизельных двигателей -^-3,2 %.

В зависимости от размещения и условий работы деталей масло может подаваться под давлением, разбрызгиванием и самотеком. В автомобильных двигателях применяются все три способа подвода масла, при этом к наиболее нагруженным деталям масло поступает под давлением, к другим -- разбрызгиванием и самотеком.

Для хранения, подвода, очистки и охлаждения масла применяют ряд приборов, маслопроводов и каналов, образующих систему смазки. В качестве примера рассмотрим систему смазки двигателя ЗИЛ-130 (рис. 27).

Схема системы смазки двигателя ЗИЛ-130 показана на рис. 27, а. Масло из поддона картера через масло-приемник засасывается в масляный насос. Нижняя секция масляного насоса подает масло к радиатору, а оттуда в поддон картера двигателя. Верхняя часть под давлением через канал в задней перегородке блока цилиндров подает масло для очистки в масляный фильтр.

Из фильтра масло поступает в распределительную камеру, расположенную в задней перегородке блока цилиндров, и далее в два продольных магистральных канала, выполненных в левом и правом рядах цилиндров. Из магистральных каналов масло под давлением подается к направляющим втулкам толкателей, к опорным шейкам распределительного вала -- к шатунным подшипникам. Из переднего конца правого магистрального канала масло подается для смазки компрессора. В средней шейке распределительного вала выполнены отверстия, при совпадении которых с отверстиями в блоке цилиндров (1 раз при каждом обороте распределительного вала) пульсирующая струя масла подается в каналы головки цилиндров.

Из зазора между осью коромысел и отверстием в коромысле масло через канал, выполненный в коротком плече, поступает для смазки сферических опор штанг, а часть его попадает на стержни клапанов и механизмы их поворотов. В передней шейке распределительного вала имеется канал для подачи масла под давлением к упорному фланцу. Остальные детали двигателя смазываются разбрызгиванием и самотеком.

На стенки цилиндров масло выбрызгивается из отверстий в теле шатунов в момент их совпадения с масляным каналом коленчатого вала (см. рис. 27, г). Масло, снимаемое со стенок цилиндров маслосъемным кольцом, через отверстия в канавке поршня отводится внутрь поршня и смазывает опоры поршневого пальца в бобышках поршня и верхней головки шатуна.

Распределительные шестерни смазываются маслом, поступающим самотеком по каналам для стока масла из головки цилиндров.

Цилиндры, втулки верхних головок шатунов, стержни клапанов, поршневые пальцы, толкатели и кулаки распределительного вала смазываются разбрызгиванием масла.

Шестерни привода распределительного вала смазываются маслом, стекающим из фильтра центробежной очистки, а привод прерывателя-распределителя и его шестерни *-- маслом, поступающим из полости, расположенной между пятой шейкой распределительного вала и заглушкой блока цилиндров.

В системе смазки предусмотрен масляный радиатор, который установлен впереди радиатора системы охлаждения. Его включают и выключают краном.

Система смазки двигателя автомобиля КамАЗ показана на рис. 29. Из поддона масло через маслоприемник засасывается двумя секциями масляного насоса. Через канал в правой стенке масло из нагнетальной секции насоса подается в корпус полнопоточного фильтра, где оно очищается, проходя через два фильтрующих элемента, и поступает в главную масляную магистраль. Из главной масляной магистрали масло по каналам в перегородках блока подводится к коренным подшипникам коленчатого вала, к подшипникам распределительного вала, втулкам коромысел и по каналу в штангах клапанов -- к толкателям. К шатунным подшипникам коленчатого вала масло подается по каналам в коленчатом валу. Масло, снимаемое со стенок цилиндров маслосъем-ным кольцом, через отверстия в канавке кольца и сверления в поршне отводится внутрь его и смазывает опоры поршневого пальца в бобышках поршня и верхней головки шатуна. Из канала в задней стенке блока масло поступает под давлением по трубке к подшипникам компрессора. Из канала в передней стенке блока -- для смазки подшипников топливного насоса высокого давления. Из главной масляной магистрали масло под давлением подается к термосиловому датчику, который расположен в переднем торце блока и управляет работой гидромуфты привода вентилятора в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения.

Масло из радиаторной секции насоса поступает к фильтру центробежной очистки и, проходя через радиатор, сливается в поддон. При закрытом кране включения масляного радиатора масло из центрифуги сливается в поддон картера через сливной клапан.

Для создания наилучших условий смазки в системе должно поддерживаться определенное давление, контроль за которым осуществляют при помощи указателей или контрольных ламп, принцип действия которых описан в разделе «Электрооборудование». Давление масла в системе смазки прогретого двигателя при скорости движения 40 км/ч на прямой передаче должно быть для ЗИЛ-130 0,2 ... 0,4 МПа. При работе двигателя на малой частоте вращения коленчатого вала давление может снижаться до 0,05 МПа. На двигателе ЗМЗ-53 при скорости 50 км/ч на прямой передаче давление масла должно быть не менее 0,25 МПа. Давление масла в системе смазки прогретого двигателя автомобиля КамАЗ при частоте вращения коленчатого вала 2600 мин-1 должно быть 0,45 ... 0,5 МПа, а при 600 мин-1 -- не менее 0,1 МПа.

Вместимость системы смазки двигателей ЗИЛ-130-- 8,5 л, ЗМЗ -- 8 л, КамАЗ -- 23 л.

Масло выпускается из системы через сливное отверстие поддона картера, закрываемое пробкой.

Масляный насос служит для создания необходимого давления в системе смазки. Насос (рис. 30) состоит из корпуса, внутри которого расположены две пары шестерен. Две шестерни насажены неподвижно на приводном валике, а другие две -- свободно на оси. Приводной валик приводится в действие от косозубой шестерни на распределительном валу (ЗИЛ-130, ЗМЗ-53) или от шестерни на переднем конце коленчатого вала (КамАЗ-740). При вращении шестерен насоса их зубья захватывают масло у входного отверстия, проносят у стенок корпуса и выдавливают в выходное отверстие.

В двигателе ЗИЛ-130 верхняя секция насоса подает масло в систему смазки и фильтр центробежной очистки, нижняя -- к масляному радиатору.

В двигателе ЗМЗ-53 верхняя секция подает масло для смазки двигателя, а нижняя -- в фильтр центробежной очистки. Как в двигателе ЗИЛ-130, так и в ЗМЗ-53 масляный насос расположен снаружи двигателя. В двигателе автомобиля КамАЗ масляный насос расположен внутри картера.

Масло поступает к масляному насосу через масло-приемник с сетчатым фильтром.

В изучаемых двигателях маслоприемник состоит из корпуса и сетки.

Масляные фильтры. Качество масла в двигателе не остается постоянным, так как масло засоряется мелкой металлической пылью, появляющейся в результате износа деталей, частицами нагара, образовывающегося в результате сгорания его на стенках цилиндров. При высокой температуре деталей масло коксуется, образуются смолы и лакообразные продукты. Все эти примеси являются вредными и для их удаления применяются масляные фильтры.

Фильтр центробежной очистки масла. На изучаемых двигателях установлен фильтр цетробежной очистки с реактивным приводом. Фильтр (рис. 31) состоит из корпуса с осью, где на подшипнике размещен ротор с колпаком. Снизу ротора размещены два жиклера с отверстиями, направленными в разные стороны, и фильтрующая сетка. Колпак закреплен на оси ротора при помощи гайки и закрыт сверху неподвижным кожухом с барашковой гайкой. Ротор вращается под действием струй масла, выбрасываемого под давлением через два жиклера. В двигателе КамАЗ-740 он приводится во вращение реактивной струей масла, вытекающей из сопла оси ротора.

Масло поступает в полую ось ротора, а затем внутрь колпака. При вращении ротора тяжелые частицы, загрязняющие масло, отбрасываются на стенки колпака, на которых и оседают. Далее масло проходит через сетку, очищается и выбрасывается из жиклеров, стекая в поддон картера.

На автомобиле КамАЗ устанавливается помимо фильтра центробежной очистки полнопоточный фильтр с двумя сменными фильтрующими элементами, масса которых состоит из древесной муки на пульвербакелитовой связке.

Масляный радиатор. В жаркое время года и при эксплуатации автомобиля в тяжелых дорожных условиях температура масла настолько повышается, что оно становится очень жидким и давление в системе смазки падает.

Для охлаждения масла и предотвращения его разжижения в систему смазки двигателей включен масляный радиатор, который состоит из двух бачков и горизонтальных трубок, расположенных между ними. Для увеличения поверхности охлаждения и повышения жесткости радиатора трубки скреплены металлическими ребрами. На автомобиле ЗИЛ-130 масляный радиатор выполнен в виде трубчатого змеевика с оребрением для увеличения поверхности теплоотдачи.

Масляный радиатор оказывает сравнительно небольшое сопротивление прохождению масла, в результате чего давление в системе может снизиться и подача масла к трущимся поверхностям уменьшиться.

Для предотвращения этого явления масляный радиатор двигателя включается краном, перед которым установлен предохранительный клапан, перекрывающий доступ масла в радиатор при понижении давления в системе ниже 0,1 МПа.

В двигателе ЗИЛ-130 масло поступает из нижней секции насоса и при выключении радиатора все масло через перепускной клапан, расположенный в крышке насоса, попадает во всасывающую полость насоса, минуя радиатор.

В системе смазки двигателей автомобилей все масло, прошедшее через радиатор, попадает в поддон картера.

В непрогретом двигателе давление в системе смазки может настолько возрасти, что вызовет разрушение каналов системы смазки. Для предотвращения разрушения масляных магистралей при повышенном давлении и обеспечения нормальной подачи масла при износе деталей в системе предусмотрен редукционный клапан.

Редукционный клапан верхней секции насоса двига-теля.^МЗ-53 расположен в передней части блока цилиндров с правой стороны, а клапан нижней секции расположен в корпусе самого насоса. В двигателе ЗИЛ-130 редукционный клапан верхней секции насоса расположен в чугунной прокладке между верхней и нижней секцией насоса. На заводах редукционный клапан регулирует на давление 0,2 ... 0,4 МПа и в процессе эксплуатации его обычно не регулируют.

В каждой секции масляного насоса двигателя автомобиля КамАЗ имеются предохранительные клапаны, отрегулированные на давление 0,8 ... 0,85 МПа. В корпусе нагнетательной секции размещен дифференциальный клапан, ограничивающий давление в главной магистрали в пределах 0,4 ... 0,45 МПа.

В случае засорения полнопоточного фильтра со сменными фильтрующими элементами масло будет поступать в главную магистраль через перепускной клапан, установленный в фильтре.

В корпусе центробежного фильтра двигателя автомобиля КамАЗ установлены два клапана, один -- перепускной, ограничивающий максимальное давление перед центрифугой до 0,65 МПа, другой -- предохранительный, отрегулированный на давление 0,05 ... 0,07 МПа.

Маслопроводы выполнены в виде латунных или прорезиненных трубок, соединяющих отдельные участки системы смазки и каналов, высверленных в блоке цилиндров, коленчатом валу, шатунах, осях коромысла, в коромыслах, корпусах фильтров и др.

Маслоналивные патрубки расположены сверху или сбоку двигателя и соединены с поддоном картера непосредственно через маслоналивную трубу. Маслоналивные патрубки имеют воздушные фильтры.

Контроль за уровнем масла в двигателе осуществляют масломерной линейкой, имеющей отметки «0» и «Полно». Необходимо следить, чтобы уровень масла был у отметки «Полно».

Вентиляция картера двигателя. В картере работающего двигателя через зазоры между зеркалом цилиндра и кольцами проникают пары топлива и отработавшие газы. Пары топлива конденсируются и разжижают смазку, а отработавшие газы, содержащие в себе пары воды-^ сернистые соединения, также отрицательно влияют на качество масла и уменьшают срок его службы. Удаляют прорвавшиеся в картер пары топлива и газы при помощи системы вентиляции картера.

В двигателе ЗИЛ-130 применена принудительная вентиляция картера (рис. 32). Чистый воздух попадает в картер двигателя через воздушный фильтр, объединенный с маслоналивным патрубком. Из патрубка воздух попадает в картер распределительных шестерен и в картер двигателя. Отсасываемый воздух проходит через уловитель, где отделяются частицы масла, затем через клапан и трубку попадает в центральную часть впускного трубопровода.

При работе двигателя с прикрытым дросселем под действием большого разрежения по впускном трубопроводе клапан поднимается, верхняя ступенчатая часть клапана входит в отверстие штуцера и уменьшает проходное сечение канала. Это сделано для того, чтобы уменьшить подсос постороннего воздуха и дать возможность двигателю устойчиво работать на холостом ходу. При работе с полностью открытым дросселем разрежение во впускном трубопроводе падает и клапан под действием собственного веса опускается вниз, открывая полностью проходное сечение канала.

В двигателе ЗМЗ-53 система вентиляции открытая, вытяжная (рис. 33). Воздух поступает через сетчатый воздушный фильтр маслоналивной горловины, проходит в коробку распределительных шестерен и картер двигателя. Из картера двигателя отработавшие газы отсасываются в полость между рядами цилиндров и впускным трубопроводом и через фильтр попадают в вытяжную трубу с косым срезом. При движении автомобиля у косого среза трубки создается разрежение, благодаря которому и отсасываются отработавшие газы в атмосферу.

В двигателе автомобиля КамАЗ система вентиляции картера открытая, без отсоса газов. Картерные газы проходят через специальный сапун-уловитель, расположенный на картере маховика, где отделяются частицы масла от вытесняемых газов.

1.8 Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей лишней теплоты и передачи её окружающему воздуху. В результате этого создается определённый температурный режим, при котором двигатель не перегревается и не переохлаждается, т.е. рабочий цикл протекает нормально. На двигатели ЗИЛ-130 приняты жидкостная система охлаждения закрытого типа с предельной циркуляцией охлаждающей жидкости от водяного насоса. Наивыгоднейший тепловой режим работы двигателя создается при температуре охлаждающей жидкости 80 -95 градусов Цельсия и обеспечивается системой охлаждения двигателя ( рис.1.). Охлаждающая жидкость в систему охлаждения двигателя заливается через горловину верхнего бака радиатора 2, закрываемый пробкой 3. Полная емкость системы охлаждения двигателя с отопительным и пусковым подогревателем 29 л., а без них 26 л. Выпуск охлаждающей жидкости необходимо обязательно осуществлять через три крана, рис. 2. Два сливных крана одной рубашки охлаждения установлены на правом и левом рядах блока цилиндров и один сливной кран 10 радиатора установлен на отводящих патрубке радиатора. Привод к каналам дистанционный, его осуществляют специальными тягами. Рассмотрим устройство основных приборов системы охлаждения, двигателя.

Система охлаждения должна быть полностью заполнена охлаждающей жидкостью. Если жидкости не достаёт 5-7 % от ёмкости системы, может прекратиться её циркуляция , что при низких температурах приводит к образованию, а при высоких температурах к перегреву двигателя . Для контроля температурного состояния системы в рубашке охлаждения впускного трубопровода установлен датчик указателя температуры охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость из радиатора поступает по нижнему патрубку к кысянчу с распорной пружиной в водяной насос из которого по двум раструбам и поступает в правую и левую рубашки охлаждения блока цилиндров. А рубашке охлаждения жидкость поднимается вверх и по каналам, проходящим у выпускных клапанов , поступает в рубашки охлаждения головок цилиндров, из которых горячая жидкость проходит в рубашку впускного труба провода и нагревает его, обеспечивая лучшие условия смесеобразования . Далее жидкость проходит через клапан термостата и по выпускному патрубку и его шлангу возвращается в радиатор, где нагретая жидкость охлаждается.

2. Тепловой расчет

2.1 Цель теплового расчета

Определить параметры рабочего тела в характерных точках рабочего цикла для определения технико-экономических показателей модернизируемого двигателя и построения индикаторной диаграммы.

2.2 Метод выполнения теплового расчета

Тепловой расчет выполняется по модернизированному методу порф. Гриневецкого.

2.3 Выбор и обоснование исходных параметров для теплового расчета

Тип двигателя

Так как прототипом проектируемого двигателя является серийно выпускаемый двигатель, то для снижения расходов на модернизацию производства, сохранения максимально возможной унификации с прототипом, оставляем карбюраторный двигатель как наиболее массовый для применения на легковых автомобилях. КБД имеют преимущества перед дизелями по массовым, скоростным и тяговым показателям, уровню шума и стоимости изготовления.

Степень сжатия

Для двигателей с искровым зажиганием =(611). =8,3 (по заданию кафедры).

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Для проектируемого двигателя значение отношения S/D принимаем меньше 1.

Число и расположение цилиндров

Остаются неизменными, т.е. четыре цилиндра расположенных в ряд.

Частота вращения коленчатого вала

Для легковых автомобилей с КБД n = (40006000) мин^-1.

n=3300 мин^-1 (по заданию кафедры).

Способ смесеобразования и форма камеры сгорания

КБД является двигателем с внешним смесеобразованием. Камера сгорания должна: обеспечить высокое наполнение цилиндра, эффективность протекания процесса сгорания (с наименьшей токсичностью продуктов сгорания и использования выделившейся теплоты), а также высокую степень очистки от отработавших газов и наполнение цилиндров свежим зарядом, оптимальную степень турбулизации на впуске и сжатии, возможность повышения степени сжатия при одновременном снижении склонности к детонационному горению, уменьшение длительности горения.

Коэффициент избытка воздуха

=0,91. (По заданию кафедры).

Вид и марка применяемого топлива

Применяем жидкое топливо нефтяного происхождения - бензин марки АИ-92, для обеспечения бездетонационного сгорания.

Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета

Давление окружающей среды Р₀ - постоянная величина. Р₀=0,1МПа

Температура окружающей среды Т₀ (атмосферного воздуха). Принимается среднее значение Т₀=288 К.

Давление остаточных газов Р_r, МПа, определяется давлением окружающей среды, в которую происходит выпуск отработавших газов и оборотами двигателя.

.

Температура остаточных газов T_r, К, для КБД изменяется в пределах 900 - 1100 К[2] . При увеличении и - Т_r снижается, а при увеличении n увеличивается. Принимаем

Степень подогрева заряда на впуске Т=10 - 20 К[2]. При увеличении диаметра цилиндра D, увеличении n и - Т уменьшается. Принимаем

Коэффициент сопротивления С изменяется в пределах 2,5 - 4,0. Он учитывает падение скорости свежего заряда после входа его в цилиндр и гидравлические сопротивления впускной системы двигателя. Принимаем С = 3.

Средняя скорость воздуха в проходных сечениях впускных клапанов W_кл может достигать 150 м/с. Эта скорость зависит от диаметра впускного клапана и частоты вращения коленвала. При уменьшении диаметра впускного клапана и увеличении n, средняя скорость W_кл увеличивается. Она ориентировочно определяется по зависимости.

.

Показатель политропы сжатия (условный) n₁=1,32 - 1,40. При повышении n увеличивается и n₁; при повышении средней температуры процесса сжатия n₁ - уменьшается; с уменьшением интенсивности охлаждения двигателя n₁ - увеличивается; с уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n₁ - увеличивается. Учитывая все это принимаем n₁=1,38.

Коэффициент эффективного теплоиспользования _z=0,85 - 0,9 это параметр, учитывающий потери теплоты в процессе сгорания. Принимаем _z=0,88.

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы учитывает уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного. Принимаем _i=0.96.

2.4 Процесс впуска

Давление в конце процесса впуска, МПа

,

где ₀ - плотность воздуха

где R = 287 Дж/(кгК) - газовая постоянная воздуха;

p₀ = 0.1 МПа - давление окружающей среды;

Т₀ = 288 К - температура окружающей среды.

.

Для четырехтактных бензиновых двигателей без наддува р_а=(0,8-0,95)•р₀, МПа.

Коэффициент остаточных газов

Для четырехтактных бензиновых двигателей г=0,06-0,1.

Температура в конце процесса впуска, К

Для бензиновых двигателей без наддува T_a=310-360 K.

Коэффициент наполнения

Для четырехтактных бензиновых двигателей з_v=0,75-0,85.

Объем цилиндра в конце процесса впуска, л

где V_h - рабочий объем цилиндра, л



где D - диаметр цилиндра, м;

S - ход поршня, м.

V_c - объем камеры сжатия, л

2.5 Процесс сжатия

Давление в конце процесса сжатия, МПа

Для четырехтактных бензиновых двигателей p_c=0,9-2,1 МПа.

Температура в конце процесса сжатия, К

Для бензиновых двигателей T_c=550-750 K.

Средняя мольная изохорная теплоемкость свежего заряда, кДж/(кмольК)



где .

.

2.6 Материальный баланс

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг

Количество свежего заряда, кмоль/кг

Количество компонентов продуктов сгорания, кмоль/кг



Суммарное количество продуктов сгорания, кмоль/кг

.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела

Для бензиновых двигателей м₀=1,06-1,12.

Действительный коэффициент молярного изменения



Средняя мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кмольК) при б<1

,

2.7 Процесс сгорания

Уравнение процесса сгорания в карбюраторном двигателе имеет вид

,

где H_u' - низшая теплота сгорания смеси, кДж/кг, с учетом химической полноты сгорания при < 1.

После подстановки теплоемкости в виде линейной зависимости от температуры в уравнение сгорания, последнее превращается в квадратное относительно t_z

,

где ;

;

.

Решением уравнения сгорания будет температура сгорания в точке z, ⁰С

.

Максимальная температура конца процесса сгорания, К

Максимальная температура для бензиновых двигателей находится в границах T_z=2300-2900К.

Степень повышения давления в КБД

Для четырехтактных бензиновых двигателей л=3,0-4,2.

Теоретическое давление газов в конце сгорания, МПа



Для четырехтактных бензиновых двигателей р_z=3,0-6,5.

Давление в действительном цикле в конце сгорания, МПа

В дальнейших расчетах используем в формулах максимальное давление р_z.

Объем цилиндра в конце процесса сгорания (точка z), л

.

2.8 Процесс расширения

Давление газов в конце процесса расширения, МПа

где д - степень следующего расширения. Для бензиновых двигателей д=е.

Для карбюраторных двигателей давление в конце расширения находится в пределах р_в=0,35-0,5 МПа.

Температура в конце расширения, К



Для карбюраторных двигателей Т_в=1200-1500 К.

Объем цилиндра в конце такта расширения (точка b), л

.

2.9 Индикаторные показатели цикла

Среднее индикаторное давление, МПа

Для карбюраторных двигателей р_i = 0,8-1,2 МПа.

Индикаторная мощность двигателя, кВт

где i - число цилиндров, ф - количество тактов в двигателе. Для четырехтактных двигателей ф=4.

Индикаторный крутящий момент, Нм



Индикаторный КПД для двигателей, работающих на жидком нефтяном топливе

Для бензиновых двигателей в номинальном режиме работы з_i=0,29-0,33.

Удельный индикаторный расход жидкого топлива, г/(кВтч)

Для четырехтактных бензиновых двигателей g_i=245-300г/(кВт•ч).

2.10 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь, Мпа

где А_м и В_м - опытные коэффициенты.

Принимаем такие значения: для бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и с S/D<1 А_м = 0.039; В_м = 0.0132.

н_п.ср. - средняя скорость поршня, м/с

Для четырехтактных бензиновых двигателей р_м=0,14-0,25 МПа.

Среднее эффективное давление, МПа

Для четырехтактных бензиновых двигателей р_е=0,6-0,95 МПа.

Эффективная мощность, кВт

где - коэффициент тактности для четырехтактных двигателей, = 4.

Крутящий момент, Н·м

Для бензиновых двигателей з_м=0,7-0,85.

Эффективный КПД

Для бензиновых двигателей з_е=0,25-0,3.

Удельный эффективный расход жидкого топлива, г/(кВтч)

Для бензиновых двигателей g_e=275-325 г/(кВт•ч).

Часовой расход жидкого топлива, кг/ч

Литровая мощность двигателя, кВт/л

Для бензиновых двигателей N_л=15-50 кВт/л.

2.11 Построение индикаторной диаграммы

Промежуточные значения давлений определяем по формулам:

а) для процесса сжатия

;

б) для процесса расширения

,

где V_z = V_c - для карбюраторного двигателя.

Результаты расчета промежуточных значений заносим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

0,05	16.92	37.3553	1.53344	2	2.6027	4.2163
0,1	8.46	15.3828	0.63146	1	1	1.62
0,15	5.64	9.1546	037579	0.6667	0.5715	0.9258
0,2	4.23	6.3345	0.26	0.5	0.3842	0.6224
0,25	3.384	4.76	0.19543	0.4	0.2824	0.4575
0,3	2.82	3.7698	0.15475	0.333	0.2196	0.3557

2.12 Выбор масштабов

Масштаб объема _V = 0,0025 л/мм.

Масштаб давления _p = 0,025 МПа/мм.

2.13 Построение диаграммы

По результатам таблицы 3.1 строим индикаторную диаграмму. Расчетную индикаторную диаграмму скругляем, так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т. и повышает давление конца процесса сжатия; процесс видимого сгорания происходит при постоянно изменяющемся объеме; действительное давление конца процесса видимого сгорания р_zд=5,507МПа. Открытие впускного клапана до прихода поршня в н.м.т. снижает давление в конце расширения и имеет место процесс выпуска и наполнения цилиндра.

Положение точки с' ориентировочно определяем по выражению:

Положение точки b' определяется по выражению

По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета определяется среднее индикаторное давление, МПа

Определяем погрешность построения

что значительно меньше допустимой погрешности = 3%.

Выводы

В результате произведенного расчета получены следующие результаты:

· максимальная мощность при частоте вращения 3300 мин^-1 - 127,6229 кВт;

· крутящий момент при частоте вращения коленчатого вала 3300 мин^-1, 369,3 Нм;

· среднее индикаторное давление 0,9544 МПа;

· удельный индикаторный расход топлива 306,4 г/(кВт•ч);

· литровая мощность 21,3809 кВт/л.

Таким образом, после произведенных расчетов, получено увеличение эффективной мощности разрабатываемого двигателя. По результатам расчета построена индикаторная диаграмма.

Список литературы

1. Липкинд А.Г., Ринберг П.И. Ремонт автомобиля ЗИЛ-130. - М.: Транспорт, 1970. - 360 с.

2. Методические указания к курсовой работе.

Размещено на Allbest.ru