Модернизация системы охлаждения двигателя "Газели"

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 за­ложено в себестоимость продукции. Всего в подготовку производства пла­нируется 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 вне­сут 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 ОХЛАЖДЕНИЯ

Температура 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 авто­мобилей.

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 на­полнение 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 управ­ления.

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 охлаждения

Радиатор 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.

Рис. 1. Система жидкостного охлаждения двигателя:

1 — вентилятор, 2 — водя­ной насос, 3 —. компрес­сор;    4 — перепускной шланг, 5 — термостат, б — кран отопителя, 7, в — подводящий и отводящий трубопроводы, В — радиа­тор отопителя, 10 — дат­чик указателя температу­ры охлаждающей жидкос­ти, II, 12—сливные кра­ны, 13—радиатор, 14— жалюзи

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).

Рис. 2. Пробка радиатора (а, б), вентилятор и центробежный насос(в):

а - открыт паровой клапан 1, б открыт воздушный клапан 2, в — вентилятор и центробежный насос сис­темы охлаждения двигате­ля ЗИЛ-130; 1—лопасть вентилятора,    2 — шкив, 3 —ступица шкива венти­лятора, 4 —втулка шкива, 5 —подшипник, б —вал на­соса,    7 —крыльчатка, в —корпус насоса,  в — резиновый   уплотнитель сальника,   10 —текстоли­товая шайба, 1I —обойма сальника, 12—подводящий патрубок.

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 труб­ку. Воздушный клапан 2 предохраняет радиатор от сжатия давлением воздуха и открывается при ох­лаждении воды, когда давление в системе снижает­ся 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 дистанцион­ное 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, прижи­мающей 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).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9