Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Анализ мировых тенденций в проектировании современных бензиновых двигателей

Автомобилестроение является одной из быстропрогрессирующих отраслей индустрии. Мировое производство легковых автомобилей в 2010 году составило около 60 млн. шт., что примерно на 45 % больше чем 20 лет назад. К началу XXI века общий парк легковых автомобилей в мире превысил 550 млн. единиц, увеличившись за последнее десятилетие на 26%. Значительная доля мирового парка автомобилей (примерно 47%) приходится на Европу, включая Россию. В российском автомобилестроении доля производства легковых автомобилей составляет около 83% - более 1,5 млн. шт. (данные 2010 года). Аналогичное соотношение характерно и для мировой автомобильной индустрии в целом.

Все это привлекает внимание к настоящему и будущему легкового автомобиля в целом и к развитию автомобильных двигателей в частности.

Современными тенденциями развития двигателестроения является:

* Улучшение топливной экономичности и связанной с ним токсичности выхлопных газов;

* Увеличение мощности двигателя;

* Увеличение ресурса двигателя;

* Улучшения компактности двигателя (с целью улучшения развесовки и оптимизации внутреннего пространства автомобиля);

* Возможность изменения степени сжатия;

Рассмотрим какими средствами достигаются эти цели и что это за собой влечет.



1.1 Улучшение топливной экономичности и связанной с ним токсичности выхлопных газов

Рисунок 1 Относительное применение различных систем топливоподачи в области бензиновых двигателей.

На рис. 1 приведены данные по применению различных систем топливоподачи бензиновых двигателей - карбюратора, систем центрального впрыска (ЦВТ), распределительного (РВТ) и непосредственного (НВТ) впрыскивания топлива.

Как показывает анализ, доли использования карбюраторов и систем ЦВТ в 2005 г. Составили соответственно 1,4 и 0,3 %. Эти данные еще раз подтверждают вывод о том, что эпоха применения карбюратора, как и ЦВТ, в мировом двигателестроении практически завершилась. Сегодня явно доминирующее положение занимают системы РВТ.

На рубеже веков начался новый виток развития систем впрыскивания топлива, основанный на применении принципиально новых электронных систем НВТ. Их использование на современных моделях автомобильных двигателей возросло с 0,1 % в 1988 г. до 3,3 % в 2005г.

Однако, вопреки прогнозам, распространение этих систем пока происходит не так интенсивно. Причины этого заключаются в высокой сложности и стоимости систем НВТ, несоответствии между прогнозируемыми и достигнутыми показателями двигателей с этими системами, необходимости применения дорогостоящих нейтрализаторов оксидов азота, для надежной работы которых требуется топливо с содержанием серы менее 10 млн-1.

Поэтому у бензиновых двигателей с рабочим объемом менее 1,8 л, где наиболее важными факторами являются простота и невысокая стоимость конструкции, системы РВТ, видимо, получат дальнейшее развитие. При этом возможно использование регулируемого вихреобразования на впуске, пневматического распыливания топлива и других способов повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов.

Под влиянием угрозы истощения нефтяных ресурсов и постоянно ужесточающихся экологических требований к автомобильным двигателям ведущие фирмы мира при создании новых моделей в качестве главных приоритетов принимают их высокую топливную экономичность и низкую токсичность. Мощностные показатели находятся сегодня лишь на третьем месте (исключение составляют двигатели спортивных автомобилей).

Вполне возможно, что влияние экологических стандартов и требований к топливной экономичности автомобильных двигателей в ближайшие 10 - 15 лет приведут к сближению в техническом плане бензиновых двигателей и дизелей с одновременным уменьшением разницы в расходах топлива и стоимости производства этих типов двигателей. Концерн Mercedes - Benz представил экспериментальный 4-цилиндровый рядный двигатель рабочим объемом 1,8 л, развивающий мощность 238 л. с. и крутящий момент 400 Нм. Свою концепцию они назвали DiesOtto, так как она опирается на фундаментальные разработки Р. Дизеля и Н. Отто. После официального показа в 2007 г. на автошоу во Франкфурте разработчики двигателя DiesOtto получили в 2008 г. на XXIII Международном автомобильном фестивале в Париже Большой приз за эффективные технические решения, направленные на защиту окружающей среды



1.2 Увеличение мощности двигателя

Повышение мощности и снижение удельной массы двигателей внутреннего сгорания достигается с помощью применения наддува. Нагнетание в цилиндры предварительно сжатого в компрессоре воздуха увеличивает массу воздушного заряда и количество сжигаемого топлива, вследствие чего возрастает мощность двигателя. Особенно эффективно применение наддува, когда оно сопровождается использованием энергии отработавших газов в газовой турбине. При установке турбокомпрессора мощность двигателя повышается на 40-50% и одновременно на 3-5% снижается удельный расход топлива. Увеличивая давление наддува до 2,5-3,0 кгс/см2 и применяя охлаждение выходящего из компрессора воздуха, так называемое "промежуточное охлаждение", можно достигнуть удвоения мощности, которую двигатель развивает без наддува.

Как показывает анализ изменения литровой Рл (кВт/л) мощности двигателей различных типов, уровень форсирования большинства современных автомобильных двигателей в последние годы находится практически на одном и том же уровне, или изменяется, но не значительно.

Результаты анализа закономерностей изменения литровой мощности для надувных и безнаддувных вариантов бензиновых двигателей приведены на рис. 2.

Рисунок 2 Изменение средних значений литровой мощности Рл наддувных и безнаддувных моделей бензиновых двигателей.



У бензиновых двигателей без наддува значения Рл за последнее десятилетие выросли с 43 до 49 кВт/л. Однако у бензиновых двигателей с наддувом средняя величина Рл оставалась практически постоянной - около 70 кВт/л. По прогнозам фирмы AVL в первой четверти нового столетия бензиновые двигатели достигнут величин литровой мощности 70-80 кВт/л. Очевидно что такие показатели достигаются применением наддува двигателей. Анализ данных по использованию различных видов наддува показывает (рис. 3), что у бензиновых двигателей наддув находит ограниченное применение, практически не превышающее 10%. При этом механический наддув используется довольно редко, хотя его применение и возрастает с 1 % в 1996 г. до 2,6 % в 2005г. Остальную долю в секторе надувных вариантов бензиновых двигателей занимает турбонаддув. Который в настоящее время находит все более широкое применение.

Рисунок 3 Применение различных видв наддува у бензиновых двигателей.

Следует отметить, что практически все двигатели с распределенным впрыскиванием бензина имеют настроенные впускные трубопроводы, обеспечивающие газодинамический наддув. При этом все шире применяются впускные трубопроводы с изменяемой геометрией, позволяющие добиться оптимальной настройки трубопровода на различных эксплуатационных режимах.

Также для увеличения мощности возможно применение двухступенчатой схемы турбонаддува рис.4. В двухступенчатой системе большой (низкого давления) и малый (высокого давления) турбонагнетатели соединены последовательно и вместе обеспечивают оптимальный режим работы двигателя во всем диапазоне частот вращения.

При конструировании таких систем специалисты преследуют две противоречивые цели: достижение требуемой мощности двигателя - с одной стороны, устранение турболага (турбоямы) и получение максимального крутящего момента - с другой.

Для анализа конструкций двигателей важным является применяемое количество клапанов на цилиндр. Данные по использованию различного количества клапанов на цилиндр для бензиновых двигателей приведены на рис. 5.

Рисунок 5 Относительное применение различного количества клапанов на цилиндр у бензиновых двигателей.

У бензиновых двигателей, несмотря на значительное применение в прошлом 2 - х клапанов на цилиндр, использование 4 - клапанной схемы неуклонно расширялось, и в настоящее время количество таких конструкций составляет около 70 % всех выпускаемых моделей бензиновых двигателей. Скорее всего эта ситуация сохранится и в дальнейшем.

Однако следует отметить, что несмотря на указанную тенденцию, ряд ведущих автомобильных фирм мира (Ford, Mercedes - Benz и др.) не отказывается от применения 2 - клапанной схемы из-за некоторых позитивных ее особенностей - простоты конструкции клапанного механизма, меньшей суммарной массы клапанов, лучшего наполнения цилиндров при низких частотах вращения вала и благоприятного протекания кривой крутящего момента в зоне эксплуатационных частот вращения. При этом часто производители двигателей удачно сочетают достоинства 2 - клапанной схемы с наддувом или регулированием механизма газораспределения для формирования необходимой характеристики крутящего момента.

1.3 Увеличение ресурса двигателя

Вопрос надежности является главным фактором при внедрении различных новинок конструкции двигателей для увеличения их мощности (например внедрение турбонаддува долгое время сдерживалось низкой надежностью этого узла).

В последнее время значительно повысилась надежность двигателей внутреннего сгорания различных типов. Возросли сроки службы до капитального ремонта. Для оценки надежности пользуются понятием - отказ машины, т. е. невозможность продолжать работу. Надежность характеризуется частотой отказов, длительностью бесперебойной работы до отказа, степенью тяжести отказов - стоимостью и длительностью работы, необходимой для устранения отказа. Повышению надежности способствует отмена периодических уходов, регулирования и затяжки крепежных деталей, введение защитных устройств и, главным образом, комплекс конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий, устраняющих возможность отказов.

Средствами повышения долговечности являются:

* уменьшение массы поступательно-возвратно движущихся деталей (поршней и шатунов). Это способствует снижению нагрузки на стенки цилиндров и соответственно снижает механический износ контактирующих поверхностей. Уменьшение сил инерции способствует также безопасному росту номинальных оборотов двигателя;

* увеличение жесткости блока цилиндров. Данная мера снижает деформации блока, которые могут передаваться при повышенных нагрузках на коленчатый вал и вызывать его повышенный износ;

* улучшение теплового баланса двигателя. Имеется в виду, что в идеале нужно стремиться к тому, чтобы выровнять температуру деталей цилиндропоршневой группы и поддерживать этот баланс на различных режимах (холостой ход, разгон, стационарный режим, остановка двигателя). Непродуманность конструкции в этом вопросе может вызвать локальные тепловые деформации рабочих поверхностей и быть причиной граничного трения или даже заклинивания деталей;

* улучшение антифрикционных качеств материалов;

* повышение усталостной прочности деталей;

* уменьшение удельных давлений;

* обеспечение надежной смазки;

* высокая степень очистки воздуха, топлива и масла;

*тщательная герметизация внутренних полостей машины.

Важным средством увеличения долговечности является повышение качества горючесмазочных материалов.

1.4 Улучшение компактности двигателя

На компактность двигателя в первую очередь влияет компоновочная схема. Сравним данные по использованию различных компоновочных схем автомобильных двигателей. У бензиновых двигателей в последние годы сохраняются довольно устойчивые соотношения между применением рядной, V - образной и оппозитной компоновок (рис. 6). Так в конструкции этих двигателей преобладающее применение находит рядная компоновка (около 67 - 70 % моделей), затем следует V - образная (примерно 30%). Оппозитные конструкции используются довольно редко - не более чем у 2,5 % моделей. Нестандартные виды компоновок исчисляются единицами.



Рисунок 6 Относительное применение различных компоновочных схем автомобильных бензиновых двигателей.

Одной из важнейших задач в области развития двигателей внутреннего сгорания является уменьшение их удельной массы и габаритных размеров при сохранении по возможности срока службы. Для решения этой задачи существует несколько путей. Один из них - увеличение быстроходности двигателей, что позволяет получить большую мощность при одних и тех же основных размерах. Успехи современной металлургии в области создания более прочных материалов, улучшение технологии производства и усовершенствование методов исследования происходящих в двигателях процессов позволили значительно повысить быстроходность двигателей внутреннего сгорания и обеспечить при этом их достаточно высокую долговечность.

1.5 Возможность изменения степени сжатия

Впервые мотор с изменяемой степенью сжатия был представлен на Женевском автосалоне в 2000 г. компанией Saab. Пятицилиндровый двигатель объемом 1,6 л развивал чрезвычайно высокую мощность в 225 л. с. и крутящий момент, равный 305 Нм. Расход топлива при средних нагрузках был снижен на 30 %, и в такой же пропорции уменьшилась интенсивность выбросов СО2. Двигатель с изменяемой степенью сжатия был способен работать на различных марках бензина - от А-76 до А-98 - практически без ухудшения характеристик и детонации. Несколько месяцев спустя подобный силовой агрегат представила и компания FEV Motorentechnik. Немного позже в том же году был представлен 1,8-литровый двигатель такого же типа и с подобными характеристиками для Audi A6.

Из-за сложности конструкции эти двигатели не удалость довести до серийного производства, и дальнейшие усилия по совершенствованию двигателей внутреннего сгорания были направлены на внедрение непосредственного впрыска топлива, изменяемой геометрии впускного тракта, турбонагнетателей, гибридных силовых установок и т. д.

Сегодня наиболее близким к осуществлению идеи двигателя с переменной степенью сжатия, никогда не перестававшей интересовать конструкторов и ученых, является проект французской инжиниринговой компании MCE-5 Development. В 2010 г. фирма MCE-5 Development получила серьезную финансовую поддержку консорциума из 12 ведущих европейских автокомпаний и производителей комплектующих - 14 млн долл. США, выделенные группой, будут использованы для вывода мотора MCE-5 VCRi на рынок к 2016-2017 гг.

Разработка представляет собой 4-цилиндровый двигатель рабочим объемом 1,5 л, развивающий мощность 218 л. с. и крутящий момент 300 Нм. Помимо изменяемой степени сжатия, двигатель оснащен непосредственным впрыском, системой изменения фаз газораспределения, что позволяет ему соответствовать всем установленным на перспективу экологическим нормам.

В двигателе MCE-5 степень сжатия может изменяться в интервале от 7:1 до 20:1. Управление степенью сжатия в каждом цилиндре выполняется независимо от остальных цилиндров. Для реализации этой схемы используется довольно сложный механизм. Основной деталью двигателя является срезанное с двух противоположных сторон зубчатое колесо, посаженное на укороченный шатун кривошипно-шатунного механизма. Зубчатое колесо, имеющее форму сектора, одной зубчатой стороной находится в зацеплении с зубчатой рейкой рабочего поршня, а с другой - с зубчатой рейкой управляющего поршня, являющегося рабочим элементом механизма изменения объема камеры сгорания. В этой конструкции двигателя зубчатое колесо на валу коленчатого вала играет роль коромысла. Если это коромысло поворачивать на валу в одну или другую сторону, положение верхней мертвой точки будет смещаться по оси цилиндра также в ту или иную сторону при неизменной величине хода поршня. В свою очередь это приведет к изменению объема камеры сгорания и, соответственно, изменению степени сжатия.

Наклоном коромысла управляет гидромеханическая система, состоящая из поршня с шатуном в виде зубчатой рейки, входящей нижним концом в зацепление с коромыслом с противоположной стороны от рабочего поршня. Камеры над и под управляющим поршнем соединены с системой смазки, а в самом поршне, названном масляным, есть специальный клапан, перепускающий масло из верхней в нижнюю камеру.

Управление клапаном осуществляют с помощью эксцентрикового вала, червячной передачи и электропривода Valvetronic (BMW). Для изменения степени сжатия от 7 до 18 требуется менее 100 мс.

Разработчики заявляют, что наряду с использованием последних разработок для двигателей внутреннего сгорания они стремятся реализовать на своем двигателе процесс HCCI, так как для его осуществления требуется переменная степень сжатия, которую способен развивать MCE-5. В то же время разработчики двигателя отдают себе отчет, что процесс HCCI еще не отлажен и требует много усилий по обеспечению прецизионного управления всеми параметрами, оказывающими влияние на процесс самовоспламенения топлива.

Другой вариант двигателя с изменяемой степенью сжатия разрабатывает производитель спортивных и гоночных машин компания Lotus Cars (Великобритания). Для создания этой силовой установки инженерное бюро компании Lotus объединило свои усилия с известным производителем автомобилей фирмой Jaguar, а также с Королевским университетом в Белфасте.

Авторы новинки утверждают, что, по самым скромным расчетам, двигатель Omnivore будет на 10 % экономичнее лучших образцов бензиновых двигателей с прямым впрыском.

Мотор Omnivore (название происходит от латинского «всеядное животное») представляет собой двухтактный двигатель с прямым впрыском и изменяемой степенью сжатия, способный работать практически на любом виде жидкого топлива - бензине, дизельном и биодизельном топливе, топливном этаноле, спирте и различных их комбинациях.

В верхней части камеры сгорания расположена «шайба» в виде поршня с размещенной в ней свечой зажигания. Принцип действия механизма изменения степени сжатия достаточно прост: шайба, перемещаемая эксцентриковым механизмом, движется вверх или вниз, увеличивая или уменьшая объем камеры сгорания (рис. 8). Такая система позволяет плавно изменять степень сжатия до 40:1, что почти в 4 раза превышает этот показатель для стандартного четырехтактного двигателя (рис. 8). Получить такую высокую степень сжатия позволило, в частности, отсутствие в конструкции двигателя тарельчатых клапанов.

Двухтактные двигатели, которые можно увидеть в любом мотоцикле или мотороллере, обычно обладают малой массой и высокой мощностью. Во многих секторах индустрии мощных спортивных машин эти компактные двигатели были вытеснены более «чистыми» и экономичными четырехтактными моторами. Используя новые технологии, Lotus разрабатывает двигатель, призванный вернуть внимание автомобилестроителей к двухтактным агрегатам.

Концепция Omnivore основана на схеме двигателя с золотниковым газораспределением, однако прямой впрыск, компьютерное управление выпускным клапаном позволяют точно контролировать подачу топлива и рециркуляцию выхлопных газов. В сочетании с высокой степенью сжатия это позволит избавить двухтактные двигатели от характерной для них склонности выбрасывать несгоревшее топливо.

При всей своей перспективности новые силовые агрегаты, несомненно, еще долгое время будут слишком требовательными к обслуживанию и дорогими. Поэтому ожидать запуска двигателей типа DiesOtto в полно масштабное промышленное производство всамом ближайшем будущем не приходится.

Приведенный анализ основных тенденций развития бензиновых двигателей легковых автомобилей дает общее представление о направлении их эволюции и показывает, что потенциал этих силовых установок еще далеко не исчерпан и их совершенствование непрерывно продолжается.

С целью выбора прототипа двигателя для дипломного проекта, мною был сделан краткий обзор характеристик современных бензиновых двигателей в диапазоне мощности 130 - 150 кВт, который приведен ниже.

1.6 Обзор двигателей

Двигатель 2.0 Turbo 200HP (Opel Astra)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1998
Диаметр цилиндра, мм	86,0
Ход поршня, мм	86,0
Степень сжатия	8,8
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл -смешанный	13,1 7,1 9,3
Выброс СО2 (г/км)	223
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	73,6/100,1

При частоте вращения 5400 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 147 кВт (200 л.с.). Максимальный крутящий момент 262 Нм достигается при частоте вращения 4200 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом, имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя верхними распределительными валами с ременным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,94.

Двигатель 1.6 Turbo (Opel Astra)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1598
Диаметр цилиндра, мм	79,0
Ход поршня, мм	81,5
Степень сжатия	8,8
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	10,3 6,2
Выброс СО2 (г/км)	185
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	82,6/112,6

При частоте вращения 5500 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 132 кВт (180 л.с.). Максимальный крутящий момент 230 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 1980 - 5500 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом, имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя верхними распределительными валами с ременным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,94.

Двигатель VQ25DE (Nissan Teana)

Буквенное обозначение	VQ25DE
Тип двигателя	6-цилиндровый, V - образный
Рабочий объем, см3	2496
Диаметр цилиндра, мм	85,0
Ход поршня, мм	73,3
Степень сжатия	10,3
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл -смешанный цикл	12,1 8,0 9,5
Выброс СО2 (г/км)	228
Тип топлива	АИ - 92
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	53,7/72,9

При частоте вращения 6000 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 134 кВт (182 л.с.). Максимальный крутящий момент 228 Нм достигается при частоте вращения 4400 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр, оснащен системой зажигания EGI. 24 клапана двигателя приводятся в действие четырьмя распределительными валами (по два на каждый ряд цилиндров) с ременным приводом. Двигатель используется совместно с бесступенчатым вариатором Xtronic CVT.

Двигатель MR16DDT (Nissan Juke)

Буквенное обозначение	MR16DDT
Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1618
Диаметр цилиндра, мм	79,0
Ход поршня, мм	81,1
Степень сжатия	9,5
Смесеобразование	последовательный непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл -смешанный цикл	9,1 5,6 6,9
Выброс СО2 (г/км)	159
Экологический класс	Euro 4
Тип топлива	АИ - 95
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	86,5/117,4

При частоте вращения 5600 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 140 кВт (190 л.с.). Максимальный крутящий момент 240 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 2000 - 5200 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом с промежуточным охлаждением, имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя верхними распределительными валами с ременным приводом. Система зажигания - индивидуальные катушки.

Двигатель 2,8 FSI (Audi A6)

Тип двигателя	6-цилиндровый, V - образный
Рабочий объем, см3	2773
Диаметр цилиндра, мм	84,5
Ход поршня, мм	82,4
Степень сжатия	12,0
Смесеобразование	непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл -смешанный цикл	12,0 6,1 8,2
Выброс СО2 (г/км)	141-278
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	50,5/68,5

При частоте вращения 5000 - 6800 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 140 кВт (190 л.с.). Максимальный крутящий момент 280 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 3000-4500 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 24 клапана двигателя приводятся в действие четырьмя распределительными валами (по два на каждый ряд цилиндров) с ременным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,75.

Двигатель М54B25 (BMW 523i Touring)

Буквенное обозначение	М54B25
Тип двигателя	6-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	2497
Диаметр цилиндра, мм	82,0
Ход поршня, мм	78,8
Степень сжатия	12,0
Смесеобразование	непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	10,1 5,7
Выброс СО2 (г/км)	174
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	56,0/76,1

При частоте вращения 6100 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 140 кВт (190 л.с.). Максимальный крутящий момент 240 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 3500-5000 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 24 клапана двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,231.

Двигатель 2.2 JTS 16V (Alfa Romeo 159 Sportwagon)

Буквенное обозначение	2.2 JTS 16V
Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	2198
Диаметр цилиндра, мм	86
Ход поршня, мм	94,6
Степень сжатия	11,3
Смесеобразование	непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	12,8 7,1
Выброс СО2 (г/км)	218
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	61,9/84,2

При частоте вращения 6500 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 136 кВт (185 л.с.). Максимальный крутящий момент 230 Нм достигается при частоте вращения 4500 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,176.

Двигатель 2.0 16V (Citroen C4)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1997
Диаметр цилиндра, мм	85,0
Ход поршня, мм	88,0
Степень сжатия	11,0
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	11,7 6,5
Выброс СО2 (г/км)	200
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	65,1/88,8

При частоте вращения 7000 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 130 кВт (180 л.с.). Максимальный крутящий момент 202 Нм достигается при частоте вращения 4750 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с ременным приводом. Двигатель используется совместно с механической 5 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,29.

Двигатель 2.0 Type R (Honda Civic)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1998
Диаметр цилиндра, мм	86,0
Ход поршня, мм	86,0
Степень сжатия	11,0
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	12,7 7,0
Выброс СО2 (г/км)	215
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	74,1/101,0



При частоте вращения 7800 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 148 кВт (201 л.с.). Максимальный крутящий момент 193 Нм достигается при частоте вращения 5600 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с ременным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,764.

Двигатель 2.7 DOHC V6 (Hyundai Tucson)

Тип двигателя	6-цилиндровый, V - образный
Рабочий объем, см3	2656
Диаметр цилиндра, мм	86,7
Ход поршня, мм	75,0
Степень сжатия	10,0
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	13,2 9,8
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	48,7/66,2

При частоте вращения 6000 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 129 кВт (176 л.с.). Максимальный крутящий момент 241 Нм достигается при частоте вращения 4000 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 24 клапана двигателя приводятся в действие цепным распределительными валами (по два на каждый ряд цилиндров) с ременным приводом. Двигатель используется совместно с автоматической 4 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,407.

Двигатель 2.5 V6 (Jaguar X-Type)

Тип двигателя	6-цилиндровый, V - образный
Рабочий объем, см3	2495
Диаметр цилиндра, мм	81,6
Ход поршня, мм	79,5
Степень сжатия	10,3
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	13,8 7,3
Выброс СО2 (г/км)	234
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	58,1/77,8

При частоте вращения 6800 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 145 кВт (194 л.с.). Максимальный крутящий момент 244 Нм достигается при частоте вращения 3000 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 24 клапана двигателя приводятся в действие цепным распределительными валами (по два на каждый ряд цилиндров) с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 5 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,8.

Двигатель 250 (Lexus IS)

Тип двигателя	6-цилиндровый, V - образный
Рабочий объем, см3	2500
Диаметр цилиндра, мм	83,0
Ход поршня, мм	77,0
Степень сжатия	12,0
Смесеобразование	непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	13,5 7,7
Выброс СО2 (г/км)	181-317
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	61,2/83,5

При частоте вращения 6400 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 153 кВт (208 л.с.). Максимальный крутящий момент 252 Нм достигается при частоте вращения 4800 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 24 клапана двигателя приводятся в действие цепным распределительными валами (по два на каждый ряд цилиндров) с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,583.

Двигатель 1.8 Elise R (Lotus Elise)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1796
Диаметр цилиндра, мм	82,0
Ход поршня, мм	85,0
Степень сжатия	11,5
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	12,1 6,8
Выброс СО2 (г/км)	208
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	78,5/106,9

При частоте вращения 7800 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 141 кВт (192 л.с.). Максимальный крутящий момент 181 Нм достигается при частоте вращения 6800 об/мин. Двигатель имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,529.

Двигатель 200 Kompressor (Mercedes - Benz C - класс)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1796
Диаметр цилиндра, мм	82,0
Ход поршня, мм	85,0
Степень сжатия	8,5
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	10,5 - 10,7 5,8 - 6,0
Выброс СО2 (г/км)	180-185
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	75,1/102,2

При частоте вращения 5500 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 135 кВт (184 л.с.). Максимальный крутящий момент 250 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 2800 - 5000 об/мин. Двигатель оснащен винтовым компрессором, и имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,07.

Двигатель 2.0t (Saab 9-3)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1998
Диаметр цилиндра, мм	86,0
Ход поршня, мм	86,0
Степень сжатия	9,5
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	11,1 6,0
Выброс СО2 (г/км)	189
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	64,6/87,6

При частоте вращения 5500 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 129 кВт (175 л.с.). Максимальный крутящий момент 265 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 2500 - 3500 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом с промежуточным охлаждением, и имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 5 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,82.

Двигатель 2.0 TSI (Seat Altea)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1984
Диаметр цилиндра, мм	82,5
Ход поршня, мм	92,8
Степень сжатия	10,3
Смесеобразование	непосредственный впрыск
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	12,8 7,4
Выброс СО2 (г/км)	223
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	74,1/100,8

При частоте вращения 5100 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 147 кВт (200 л.с.). Максимальный крутящий момент 280 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 1800-5000 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом с промежуточным охлаждением, и имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 6 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,235.

Двигатель 2.0 T (Volvo S60)

Тип двигателя	5-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	1984
Диаметр цилиндра, мм	81,0
Ход поршня, мм	77,0
Степень сжатия	9,5
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	12,4 6,9
Выброс СО2 (г/км)	212
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	66,5/90,7

При частоте вращения 5500 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 132 кВт (180 л.с.). Максимальный крутящий момент 240 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 1850-5000 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом с промежуточным охлаждением, и имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с механической 5 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 4,25.

Двигатель 2.4 Turbo (Chrysler PT Cruiser)

Тип двигателя	4-цилиндровый, рядный
Рабочий объем, см3	2429
Диаметр цилиндра, мм	87,5
Ход поршня, мм	101,0
Степень сжатия	8,1
Смесеобразование	впрыск топлива во впускные патрубки
Расход топлива (л/100 км): -городской цикл -загородный цикл	13,1 9,8
Удельная мощность (кВт/л; л.с./л)	55,2/74,9

При частоте вращения 5100 об/мин двигатель развивает максимальную мощность 134 кВт (182 л.с.). Максимальный крутящий момент 285 Нм достигается в широком диапазоне частот вращения 2800-4000 об/мин. Двигатель оснащен турбонаддувом с промежуточным охлаждением, и имеет 4 клапана на цилиндр. 16 клапанов двигателя приводятся в действие двумя распределительными валами с цепным приводом. Двигатель используется совместно с автоматической 4 - ступенчатой коробкой передач, главная передача 3,91.

На основании выше приведенного обзора двигателей для дипломного проекта в качестве прототипа был выбран двигатель Volvo S60 2.0 T со следующими характеристиками:

* номинальная мощность Ne = 132 кВт, при частоте вращения n = 6000 об/мин;

* расположение и число цилиндров - рядное, 5 - цилиндровое;

* степень сжатия е = 9,5;

* число клапанов на цилиндр - 4;

* смесеобразование - распределенный впрыск бензина;

* соотношение D/S = 8.1/7.7

1.7 Анализ конструкции проектируемого двигателя

Требуется спроектировать транспортный бензиновый двигатель для автомобиля мощностью: Ne=140 кВт при 6000 об/мин. Основным топливом для данного двигателя будет являться бензин АИ-95.

В качестве прототипа был выбран двигатель автомобиля Volvo S60 2.0 T . Количество и расположение цилиндров проектируемого двигателя - 5!, 4-тактный, 5-цилиндровый, рядный, транспортный бензиновый двигатель двигатель размерностью 8.1/7.7.

При разработке двигателя были поставлены следующие основные цели проекта:

- двигатель устанавливается на автомобиле поперечно;

- компактные размеры;

- соблюдение действующих предписаний по ОГ, шуму и по защите окружающей среды;

- удобство обслуживания;

- высокий/ранний крутящий момент;

- экономичный расход топлива;

Описание конструкции двигателя

· Блок цилиндров изготовлен из высокопрочного чугуна (ВЧ 50 ГОСТ 7293-85), цельнолитой. Здесь расположен кривошипно - шатунный механизм с шестью коренными подшипниками, а также подшипники балансирных валов.

Картер для размещения цепного привода также интегрирован в блок цилиндров. Рабочие поверхности цилиндра проходят обработку трехступенчатым жидкостным хонингованием.

Для охлаждения днищ поршней в блок цилиндров ввернуты форсунки, которые снизу разбрызгивают на поршни моторное масло.

Уплотнение снаружи осуществляется со стороны коробки передач при помощи уплотнительного фланца с манжетным уплотнением, а на торцевой стороне - при помощи крышки распределительного механизма.

· Масляный поддон изготовлен из стальной пластины (глубокая вытяжка и штамповка, каталитическое напыление). В нем расположены масляный насос, датчик уровня масла, а также пробка маслосливного отверстия.

Ячеистая вставка, расположенная в масляном поддоне, помогает предотвратить расплескивание масла в динамическом режиме движения.

· Коленчатый вал с шестью коренными подшипниками изготовлен из стали 18Х2Н4МА и закален индуктивным способом. Оптимальная внутренняя балансировка достигается за счет десяти противовесов.

Вкладыши коренных подшипников выполнены в виде двухсоставных подшипников. Упорные полукольца, расположенные на средней коренной опоре коленчатого вала, удерживают вал от перемещения в осевом направлении.

На торцевой стороне коленчатого вала установлены ведущая шестерня цепных приводов и шкив для привода вспомогательных агрегатов. Центральный болт соединяет части с силовым замыканием.

На стороне отбора мощности установлен двухмассовый маховик, который соединен с коленчатым валом восемью болтами.

· Шатун выполнен виде раздельного шатуна. В качестве материала шатуна используется сталь 18Х2Н4МА, для шатунных болтов - сталь 40ХНМА. В верхнюю головку шатуна запрессовывают втулку, изготовленную из сплава БроС - 6,5 - 0,25 обладающего высокими механическими свойствами. Отъемную крышку нижней головки шатуна выполняют штампованной, что позволяет оставлять несопрягаемые поверхности без обработки. Материал для шатунов тщательно проверяют.

· Поршни изготовлены из алюминия методом штамповки. Юбка поршня покрывается специальным покрытием, что обеспечивает поршню более длительный срок службы, плавный ход и низкие потери мощности на трение.

Компрессионные кольца выполнены в виде колец с прямоугольным сечением, а маслосъемное кольцо представляет собой пружинящее кольцо с расширителем. Поршневые пальцы зафиксированы стопорными кольцами.

· 4 - клапанная головка блока цилиндров отлита из алюминиевого сплава. Привод впускных и выпускных клапанов осуществляется двумя верхними распределительными валами выполненными из стали 18Х2Н4МА. На клапанах установлены гидравлические компенсаторы зазоров.

Управление впускным распределительным валом осуществляется при помощи регулятора фаз газораспределения. Крышка ГБЦ одновременно служит несущей рамой распредвалов.

Впускной клапан - полнотелый, оцинкованный и усиленный по рабочей кромке. Выпускной клапан - полый с натриевым наполнением, усиленный по рабочей кромке.

Система регулирования фаз газораспределения позволяет изменять фазы в диапазоне 60° поворота коленчатого вала, базовое положение зафиксировано на «поздно».

· Цепной привод осуществляется на трех уровнях. При этом все три цепные передачи приводятся в действие непосредственно коленчатым валом.

- 1 - й уровень - привод балансирного вала;

- 2 - й уровень - привод механизма газораспределения;

- 3 - й уровень - привод масляного насоса.

Преимуществами цепных передач является: зубчатые цепи имеют бесшумный ход и слабо подвержены износу. При заданной передаваемой мощности они занимают меньше места по сравнению с зубчатыми ремнями или роликовыми цепями. Зубчатые цепи универсальны в применении, так как их ширина, регулируемая за счет количества щечек, может быть адаптирована к передаче любой мощности. КПД составляет около 99%.

· Масляный насос с внешним зубчатым зацеплением установлен в верхней части масляного поддона и приводится в действие коленчатым валом при помощи цепи. Регулировка давления масла осуществляется непосредственно в насосе регулировочной пружиной и управляющим поршнем. Система дополнительно защищена от избыточного давления подпружиненным шариковым клапаном.

В кронштейн навесных агрегатов двигателя встроены кронштейны масленого фильтра и масленого радиатора, здесь же установлен датчик давления масла.

· (Система вентиляции картера - замкнутая, исключающая возможность выбросов картерных газов в окружающую среду).

· Система охлаждения работает по принципу охлаждения поперечным потоком ОЖ. Холодная ОЖ протекает по передней стенке двигателя через насос ОЖ в блок цилиндров и огибает его по передней стороне. На горячей стороне двигателя (стороне ОГ) ОЖ поступает по каналам к отдельным цилиндрам и огибает их, двигаясь в направлении стороны всасывания (холодной стороне). Там подогретая ОЖ собирается в одном коллекторе и подается через термостат к радиатору или (при закрытом термостате) - обратно к насосу ОЖ.



Глава 2. Тепловой расчет проектируемого двигателя

Проектирование двигателей внутреннего сгорания начинается с расчета рабочего цикла. Этот расчет во многом определяет конструктивное исполнение узлов, непосредственно влияющих на рабочий процесс. Рассчитываемый рабочий процесс должен соответствовать типу и назначению двигателя, условиям его эксплуатации, обеспечивать определенную мощность двигателя при заданных параметрах. На этапе проектирования двигателя результаты теплового расчета используются при расчете деталей на прочность и оценке тепловой напряженности деталей камеры сгорания. Расчет рабочего процесса проводится для номинального режима работы двигателя. По результатам теплового расчета можно построить индикаторную диаграмму. Тепловой расчет является исходными данными для проведения динамического расчета КШМ. Высокие технические и экономические показатели проектируемого двигателя могут быть получены только в том случае, если выбранные исходные данные соответствуют назначению и типу двигателя, типу применяемого топлива, лучшим образцам мирового двигателестроения. Тепловой расчет проводится при широком использовании экспериментального материала и опытных данных, полученных при создании и эксплуатации двигателей подобного типа. Таким образом, большое значение имеет правильный выбор исходных параметров.

Основные параметры:

расположение и число цилиндров - рядное, 5 - цилиндровое; Ne=140 кВт; n=6000 об/мин; D/S=8,1/7,7

2.1 Выбор данных для расчета рабочего процесса

Диаметр цилиндра: D=0,081 м.

Ход поршня: S=0,077 м.

Степень сжатия - отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия: е=9,5.

Число цилиндров: i=5 (рядное расположение).

Частота вращения КВ: n=6000 об./мин.

Выбранные данные:

Отношение л=R/L=0,26.

Дезаксаж = 0 мм - ось цилиндра пересекается с продольной осью коленчатого вала.

Механический КПД: зм=0,77 - выбран из диапазона механического КПД для бензиновых двигателей с наддувом.

Коэффициент избытка воздуха для данного двигателя: б=0,96.

Параметры динамики тепловыделения рассчитываются по характеристике И.И. Вибе:

условная длительность сгорания - 85 град п.к.в.;

показатель характера сгорания - 1,8;

угол начала сгорания - -18 град п.к.в.;

максимальная доля выгорания топлива - 0,95;

Давление на впуске после турбокомпрессора: Pk=1,6 Бар.

Температура рабочего тела в конце впуска: Tk=331 K.

Способ задания проходного сечения клапанов: максимальной площадью и скоростью достижения максимальных значений.

У прототипа 4 клапана на цилиндр: dкл вп=2,4см; dкл вып=2,2см; h=0,81 см; угол скоса кромок =450; =0,5; Ki=2.

Условные максимальные площади:

FM(1)=dклhmaxcosKi =4,4 см

FM(2)=dклhmaxcosKi =4 см

Углы достижения максимальных значений FIM(1)(2)=600.

Температуры стенок: поршня 523 K, гильзы 383 K, крышки 503 K.

Данные по топливу:

Средний элементарный химический состав топлива в весовых долях для бензинового топлива: углерод С=0,855; водород H=0,145; кислород O=0.

Примеси: сера S=0,05; азот N=0,01; вода H2O=0.

Низшая теплотворная способность принятого выше элементарного состава бензина составляет 43,91 МДж/кг.

Молекулярная масса дизельного топлива 115 кг/моль.

Фазы газораспределения: бензиновый двигатель кривошип цилиндр

угол открытия впускного клапана = 3350 п.к.в.;

угол закрытия впускного клапана = 5700 п.к.в.;

угол открытия выпускного клапана = 1100 п.к.в.;

угол закрытия выпускного клапана = 4400 п.к.в.

Расчет рабочего процесса выполнен с помощью программы Rp 2000.

2.2 Результаты предварительного расчета рабочего процесса

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС НА БАЗЕ "РАЗОМКНУТОЙ" СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕСИВЕР - ЦИЛИНДР - КОЛЛЕКТОР

S = 77.0 D = 81.0 [мм]; Epsг = 9.5; Lam = .260; Ex = .000

Epsд = 9.1 Режим:

Pk = 1.60 [Бар] , Tk = 331.0 [K] N = 6000 [1/мин]

Pr = 1.44 [Бар] , Tr = 1100.0 [К] Gt = 7.50 [кг/ч]

Vh = .397 [дм^3], Dros = 1.000 Cm = 15.40 [м/с]

dTk = 9.37 [К]

Температуры стенок камеры, [К] :

поршня TP = 523.0 гильзы TG = 383.0 крышки TK = 503.0

Параметры тепловыделения по И.И.Вибе:

Fiz = 85.0 M = 1.80 Fнс = -18.0 Xmax = .950

Фазы газораспределения: выпуск 110.0 - 440.0 впуск 335.0 - 570.0

Максимальные условные площади проходных сечений органов газораспределения: выпуск 4.00 [см**2] впуск 4.40 [см**2]

Условное давление конца сжатия Pc ("компрессия") - 33.8 [Бар]

Усредненный показатель политропы сжатия на режиме 1.385

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): .855/.145/.000

Примеси к топливу Сера/Азот/Вода, % : .050/.010/ .00

Стехиометрическое соотношение L0: 14.818 [кг возд./кг топл.]

Qн топлива при Alfa=1: 43.91 ; истинная: 43.91 [МДж/кг]

Qн смеси при Alfa=1: 2775.9 ; истинная: 2548.4 [КДж/кг]

Мощность 36.54 [кВт] 49.65 [л.с.]

Расход топлива 205.25 [г/кВт*ч] 151.06 [г/л.с.*ч]

Действительный коэффициент избытка воздуха .940

Действительный расход воздуха на цилиндр 103.68 [кг/ч]

Инд. КПД .399 Индикаторное давление 18.42 [Бар]

Инд. момент цилиндра 58.16 [Н*м] 5.93 [кг*м]

Максимальные значения по циклу:

Макс. давление сгорания 67.86 [Бар] при Fi= 20.0

Макс. температура цикла 2801.0 [K] при Fi= 41.5

Макс. жесткость процесса 1.723 [Бар/град] при Fi= 2.5

Среднецикловая температура 1095.59 [K]

Результирующая температура 1435.67 [K]

Средний коэфф-т теплоотдачи 496.45 [Вт/м^2*К]

Лучистая составляющая 1.41 [Вт/м^2*К] ( .28 % )

Коэффициент остаточных газов = .035

Коэффициент наполнения = .780

Коэффициент продувки = 1.000

Мощность насосных ходов = 4.057 [кВт] ( 5.51 [л.с.] )

Количество цилиндров 5 Мех. КПД .770

Мощность цилиндровая 28.14 [кВт] 38.23 [л.с.]

Мощность двигателя 140.68 [кВт] 191.15 [л.с.]

Удельный расход топлива 266.56 [г/кВт*ч] 196.19 [г/л.с.*ч]

Суммарный коэффициент избытка воздуха .933

Расход воздуха 518.39 [кг/ч]

Расход топлива 37.50 [кг/ч]

Эфф. КПД .308 Эффективное давление 14.18 [Бар]

Крутящий момент 223.90 [Н*м] 22.82 [кг*м]

END OF DATA

Дальнейшей целью является оптимизация эффективных показателей рабочего процесса двигателя, заключающаяся в определении углов открытия выпускных, закрытия впускных клапанов, угла начала сгорания топлива, при которых достигается минимальный удельный индикаторный расход топлива и максимальная эффективная мощность двигателя при условии, что максимальное давление сгорания не превышает 70 Бар. Для этого выполняется ряд расчетов рабочего процесса с различными значениями изменяемых параметров, выявляются зависимости индикаторных показателей рабочего процесса двигателя от этих параметров и определяются оптимальные значения, заключающиеся в определении углов открытия выпускных, закрытия впускных клапанов, угла начала сгорания топлива. Расчеты выполняются при помощи программы Process2000.

2.3 Оптимизация рабочего процесса

Оптимизация по углу закрытия впускного клапана



Таблица 1. «Оптимизация рабочего процесса по углу закрытия впускного клапана»

№	цзвп	pz, бар	Ne, кВт	ge, г/кВт•ч	зe	б
1	575	70,23	141,42	265,17	0,309	0,952
2	570	69,85	141,52	264,97	0,309	0,940
3	565	69,36	141,61	264,80	0,310	0,924
4	564	69,25	141,63	264,77	0,310	0,920
5	560	68,79	141,69	264,66	0,310	0,905

Рисунок 9. « Зависимость эффективной мощности от угла закрытия впускного клапана»

Рисунок 10. «Зависимость эффективного расхода топлива от угла закрытия впускного клапана»



Рисунок 11. «Зависимость максимального давления сгорания от угла закрытия впускного клапана»

Рисунок 12. «Зависимость коэффициента избытка воздуха от угла закрытия впускного клапана»

Оптимизация по углу открытия выпускного клапана

Таблица 2. «Оптимизация по углу открытия выпускного клапана»

№	цовып	pz, бар	Ne, кВт	ge, г/кВт•ч	зe	б
1	115	69,55	141,60	264,82	0,310	0,96
2	110	69,55	141,80	262,46	0,310	0,96
3	109	69,55	141,82	262,43	0,310	0,96
4	105	69,55	141,79	264,47	0,310	0,96
5	100	69,55	141,55	264,92	0,309	0,96



Рисунок 13. «Зависимость эффективной мощности от угла открытия выпускного клапана»

Рисунок 14. «Зависимость эффективного расхода топлива от угла открытия выпускного клапана»

Оптимизация по углу начала сгорания

Таблица 3. «Оптимизация по углу начала сгорания»

№	цн.с	pz, бар	Ne, кВт	ge, г/кВт•ч	зe	б
1	-17	65,92	139,79	268,26	0,306	0,94
2	-18	67,86	140,68	266,56	0,308	0,94
3	-19	69,85	141,52	264,97	0,309	0,94
4	-20	71,87	142,31	263,51	0,311	0,94



Рисунок 15. «Зависимость эффективной мощности от угла начала сгорания»

Рисунок 16. «Зависимость эффективного расхода топлива от угла начала сгорания».

Рисунок 17. «Зависимость максимального давления сгорания от угла начала сгорания»



Оптимизация по углу открытия впускного клапана

Таблица 4. «Оптимизация по углу открытия впускного клапана»

№	цовп	pz, бар	Ne, кВт	ge, г/кВт•ч	зe	б
1	340	69,39	141,54	264,94	0,309	0,944
2	335	69,48	141,69	264,67	0,310	0,953
3	330	69,54	141,79	264,48	0,310	0,959
4	329	69,55	141,80	264,46	0,310	0,960
5	325	69,58	141,85	264,36	0,310	0,964

Рисунок 18. «Зависимость эффективной мощности от угла открытия впускного клапана»

Рисунок 19. «Зависимость эффективного расхода топлива от угла открытия впускного клапана»