Тепловой расчёт двигателя ЗМЗ-24

Содержание:

1. ВВЕДЕНИЕ                                                                                                    2
2. ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОТОТИПА ДВС                               3
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНИМАЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ                                                                                                8
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ                                                        12
5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ                              22
6. Вывод                                                                                                           24
7. Литература                                                                                                  25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в Украине  эксплуатируются автомобили, которые  частично физически и технически устарели. Поэтому целесообразным является при их ремонте осуществлять модернизацию этих двигателей, с целью улучшения их технико-экономических показателей. К таким двигателям относится двигатель ЗМЗ-24. Целью данного теплового расчета является модернизация двигателя ЗМЗ-24, для улучшения технико-экономических показателей. При модернизации данного двигателя используем параметры, заданные кафедрой ДВС: n=5000мин^-1; e=8,6; α=0,9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОТОТИПА ДВС

На автомобилях, тракторах, дорожных и строительных машинах  применяются карбюраторные двигатели, дизели, а также двигатели, работающие на газовом топливе (сжатом и сжиженном  газе).

На автомобильном транспорте, особенно на легковом, преимущественно применяют карбюраторные двигатели. Это объясняется их превосходство перед дизелями по массовым, скоростным и тяговым показателям, меньшему шуму и более низкой стоимости изготовления.

Прототипом модернизируемого двигателя служит карбюраторный, четырехтактный двигатель ЗМЗ-24.

Таблица 1.1 - Технико-экономические  параметры двигателя.

Номинальная мощность, кВт	69,9
Частота вращения коленчатого  вала при номинальной мощности, мин-1	4500
Число и расположение цилиндров	4
Степень сжатия	8,0
Отношение хода поршня к  диаметру цилиндра	1
Ход поршня, мм	92
Диаметр цилиндра, мм	92
Рабочий объем цилиндров, дм3, л	2,445
Скорость поршня, м/с	13,8
Максимальный крутящий момент, Н⋅м	77,5
Частота вращения коленчатого  вала при максимальном крутящем моменте, мин-1	3000
Среднее эффективное давление при номинальной мощности МН/м2	0,77
Минимальные удельные расходы  топлива г/(кВт⋅ч)	340
Охлаждение	жидк.

1.1 Блок цилиндров. Отлит  из чугуна и составляет одно  целое с цилиндрами. Высокая жёсткость  блока обеспечивается тем, что  плоскость разъёма блока с масляным картером расположена ниже оси коленчатого вала на 53 мм.

Расстояния между осями  первого-второго, третьего-четвёртого цилиндров равны 81 мм, а между  вторым и третьим 86 мм и между  ними по всей высоте цилиндров выполнены  протоки для охлаждающей жидкости. В нижней части блока цилиндров  выполнены пять опор для вкладышей  коренных подшипников коленвала.

1.2 Головка цилиндров.  Отлита из алюминиевого сплава. Общая для всех цилиндров. Объем  камеры сгорания при поставленных  на место клапанах и ввернутой  свече зажигания 23,89-25,47 см³. Разница между объемами камер сгорания одной головки не должна превышать 0,6 см³.

В головке цилиндров выполнены  клиновые камеры сгорания. С левой  стороны головки расположены  впускные и выпускные каналы, а  с правой - резьбовые отверстия  для свечей зажигания. Расположение клапанов, а, следовательно, осей их сёдел  и втулок однорядное под углом 21^о.

В специальную расточку переднего  гнезда установлена манжета для  уплотнения шейки распредвала.

1.3 Поршни. Отлиты из алюминиевого  сплава. Юбка поршня имеет бочкообразную  форму. Ось отверстия для поршневого  пальца смещена на 1,5 мм в правую  сторону (по ходу автомобиля) от  средней плоскости поршня. Днища  поршней плоские, но в центре  под углом 21^о имеются два углубления диаметром 36 мм, глубиной 7,8 мм, которые служат для исключения упирания поршней в клапаны.

1.4 Поршневые кольца (компрессионные). Отлиты из чугуна. Наружная цилиндрическая  поверхность верхнего компрессионного  кольца, прилегающая к цилиндру, покрыта слоем хрома, а нижнего  - слоем олова.

На внутренней поверхности  нижнего компрессионного кольца имеется выточка. Это кольцо устанавливается  на поршень выточкой вверх к днищу  поршня. Нарушение этого условия  вызывает утечку масла через кольцо в цилиндр, нагарообразование на стенках камеры сгорания и увеличение расхода масла.

1.5 Маслосъемное кольцо  состоит из четырех стальных  деталей: двух кольцевых дисков, одного осевого расширителя и  одного радиального расширителя.  Рабочая поверхность кольцевых  дисков покрыта твердым хромом.

1.6 Поршневые пальцы. Изготовлены  из углеродистой стали, плавающие,  с наружным диаметром 20 мм, длиной 61 мм и толщиной стенки 4 мм.

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

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

К фланцу ступицы шкива  на переднем конце коленчатого вала привернут тремя болтами двухручьевой шкив привода вентилятора, водяного насоса и генератора. Болты крепления  шкива к ступице расположены  неравномерно, поэтому шкив может  устанавливаться только в одном  определенном положении. На ободе шкива  имеются два паза.

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

1.10 Вкладыши. Вкладыши коренных  и шатунных подшипников коленчатого  вала тонкостенные, взаимозаменяемые, сталеалюминевые. Толщина вкладышей  коренных подшипников  мм, шатунных мм.

1.11 Впускные и выпускные  клапаны. Располагаются в головке  над цилиндрами вертикально, в  один ряд, вдоль оси двигателя.  Привод клапанов осуществляется  от распределительного вала через  штанги и коромысла. Клапаны  изготовлены из жароупорной стали,  диаметр стержня клапана 9 мм. Тарелка впускного клапана имеет  диаметр 36 мм, а выпускного 34 мм. Оба  клапана имеют угол седла 21°. Высота подъема клапанов 8,5 мм. На верхнем конце клапана имеется канавка для сухариков тарелки клапанной пружины.

Для уменьшения расхода масла  через зазор между впускным клапаном и его направляющей втулкой стержень клапана уплотнен маслоотражательным колпачком сальникового типа.

Маслоотражательный колпачок плотно напрессован на выточку направляющей втулки впускного клапана. Своей  рабочей кромкой, поджатой пружиной колпачок плотно облегает стержень впускного  клапана.

1.12 Распределительный вал.  Чугунный, литой, имеет пять опорных  шеек. Осевое перемещение распределительного  вала ограничено упорным фланцем,  находящимся между торцом шейки  распределительного вала и ступицей  шестерни с зазором 0,1-0,2 мм. Правильность  фаз распределения обеспечивается  установкой шестерен по меткам: метка "О" на шестерне  коленчатого вала должна быть  против риски у впадины зуба  на текстолитовой шестерне.

1.13 Фазы распределения  двигателя. Впускной клапан открывается  за 12° до в. м. т. и закрывается через 60° после н. м. т. Выпускной клапан открывается за 54° до н. м. т. и закрывается через 18° после в. м. т.

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

1.14 Система смазки. Комбинированная  - под давлением и разбрызгиванием.  Она состоит из маслоприемника, масляного насоса, масляных каналов,  масляного фильтра, редукционного  клапана, масляного картера, стержневого  указателя уровня масла, маслоналивного  патрубка, крышки маслоналивного  патрубка, масляного радиатора, предохранительного  клапана и запорного крана.

1.15 Масляный картер. Отлит  из магниевого сплава, уплотнение  достигается установкой прокладки  из материала марки БР-1 толщиной 3 мм.

1.16 Масляный фильтр полнопоточный,  с основным бумажным фильтрующим  элементом.

1.17 Масляный насос. Насос  шестеренчатого типа установлен  внутри масляного картера и  крепится к блоку цилиндров  двумя шпильками. Корпус насоса  изготовлен из алюминиевого сплава, крышка насоса из чугуна, ведущая шестерня - стальная, закреплена на валу штифтом, ведомая - из металлокерамики, вращается на оси, закрепленной в корпусе насоса.

Привод масляного насоса осуществляется от носка коленвала, имеющего лыски.

1.18 Масляный радиатор. Соединен  с масляной магистралью двигателя  резиновым шлангом через запорный  кран и предохранительный клапан, которые установлены с левой  стороны двигателя.

1.19 Система охлаждения. Жидкостного  типа, с принудительной циркуляцией  жидкости. Поддержание правильного  температурного режима осуществляется  при помощи термостата, действующего  автоматически, и жалюзи, которое  открывает и закрывает водитель.

1.20 Термостат. Клапан термостата  начинает открываться при повышении  температуры до 76-78°С, а при температуре 88-94°С он полностью открыт.

1.21 Водяной насос (центробежного  типа). Подшипники насоса отделены  от водяной полости сальником  и водосбросной канавкой.

1.22 Вентилятор. Вентилятор  шестилопастной, пластмассовый, имеет  электропривод.

1.23 Радиатор трубчато-ленчатый. Крепится к боковым щиткам  в передней части кузова.

Пробка радиатора. Герметично закрывает систему и имеет  два клапана: паровой, открывающийся  при избыточном давлении 0.45-0.6 кгс/см², и воздушный, открывающийся при разряжении 0.01-0.1 кгс/см².

1.24 Система питания и  выпуска отработавших газов. Состоит  из топливного бака, топливопровода, топливного насоса, фильтра тонкой  очистки топлива, карбюратора,  воздушного фильтра, впускной  трубы, выпускных трубопроводов  и глушителя.

1.25 Топливный насос. Диафрагменного  типа, имеет следующие характеристики: максимальное давление бензина  0,02…0,025 МПа, разрежение всасывания 2.2,5мм вод. ст.; производительность 60 л/ч при n=2000мин^-1.

1.26 Карбюратор ДААЗ 21081-1107010 эмульсионного типа, с последовательным открытием заслонок.

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ПРИНИМАЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Цель теплового расчета  двигателя. Цель теплового расчета  ДВС - определить параметры рабочего  тела в характерных точках  расчетного цикла и оценить  по ним технико-экономические  показатели работы двигателя.

2.2 Метод выполнения теплового  расчета - метод профессора Гриневецкого  В.И.

2.3 Выбор и обоснование конструктивных  и эксплуатационных параметров  для теплового расчета.

2.3.1 Степень сжатия.

В современных автотракторных бензиновых ДВС степень сжатия изменяется в диапазоне от 10 - 11 [1].

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

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

б) улучшаются пусковые качества двигателя;

Однако повышение степени  сжатия имеет и отрицательные  стороны: - рост температуры в цилиндре при высоких оборотах приводит, особенно на средних и номинальных нагрузках, к увеличению содержания окислов  азота в продуктах сгорания;

растут механические и  тепловые нагрузки на детали поршневой  группы и коленчатого вала, что  снижает надежность и долговечность  двигателя.

С повышением степени сжатия двигатель работает более жёстко и шумно. но поскольку целью данной работы является улучшения его технико-экономических  показателей, а не бесшумности и  комфорта, принимаю наиболее подходящий для модернизируемого двигателя  (по заданию кафедры), учитывая возраст  этого автомобиля и то, что заводская  степень сжатия =8,6.

2.3.2 Коэффициент избытка  воздуха. Коэффициент  сильно влияет на протекание рабочего цикла в ДВС и на индикаторные показатели цикла. Максимум величины достигается при более бедных смесях по сравнению с теми, которые соответствуют максимуму и . С обеднением смеси до определенных пределов улучшается полнота сгорания. Однако при слишком сильном обеднении смеси скорость ее сгорания падает, и могут появляться циклы с пропуском воспламенения. Наибольшей величине соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания смеси. Максимальное значение достигается при несколько обогащенных смесях, при сгорании которых имеют место наибольшие значения количества выделившейся теплоты и скорости сгорания. Значения , которые соответствуют величинам и , зависят от протекания процесса сгорания, т.е. от конструкции двигателя, также определяются положением дроссельной заслонки и частотой вращения. На режимах полного открытия дроссельной заслонки максимум имеет место при = 1.05 - 1.15, а максимум и при = 0,80 - 0,95. Учитывая эти пределы, и выбранную максимально допустимую степень сжатия =8,6, беру 0,9 (по заданию кафедры), поскольку большие значения берут для двигателей с высокой степенью сжатия. На мой взгляд =0,9 соответствует выбранной ранее степени сжатия.