Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Обзор патентов и иностранных источников по теме электрифицированных водяных насосов 9
2 Тепловой расчет двигателя ВАЗ-21179 14
2.1 Исходные данные 14
2.2 Параметры рабочего тела 15
2.2.1 Параметры остаточных газов и атмосферы 17
2.3 Вычисление процесса наполнения 17
2.4 Параметры сжатия рабочего тела и начала воспламенения смеси 18
2.5 Термохимический расчет 19
2.6 Термодинамический расчет 20
2.7 Расчет процесса расширения и выпуска 22
2.8 Индикаторные показатели рабочего цикла 24
2.9 Эффективные показатели и параметры двигателя 25
3 Кинематический расчет 27
3.1 Исходные данные 27
3.2 Перемещение поршня 27
3.3 Скорость поршня 28
3.4 Ускорение поршня 29
4 Динамический расчет 30
4.1 Расчет масс кривошипно-шатунного механизма 30
4.2 Удельные и полные силы инерции 31
4.3 Суммарные силы, которые действуют в кривошипно-шатунном механизме 32
4.4 Расчет крутящих моментов 33
4.5 Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала 34
5 Расчет водяного насоса 39
5.1 Расход и мощность водяного насоса 39
5.2 Подбор электромотора 43
5.3 Описание конструкции водяного насоса 44
5.4 Алгоритм работы электрического водяного насоса 44
6 Экологичность и безопасность проекта 47
6.1 Описание проектируемой конструкции 47
6.2 Выводы по главе экологичность и безопасность проекта 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Результаты теплового расчета 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Результаты кинематического расчета 68
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Результаты динамического расчета 70
Двигатели внутреннего сгорания работают по принципу сжигания паров топлива, поступивших в цилиндр, для совершения полезной работы. Но этому процессу должны сопутствовать еще несколько систем для бесперебойного и долговечного функционирования. Одной из таких систем является система охлаждения.
Система охлаждения бывает воздушной и жидкостной. В современном автомобилестроении применяется жидкостное охлаждение, поскольку оно является более эффективным. Система состоит из радиатора охлаждения, термостата, водяного насоса и патрубков, соединяющих эту систему воедино.
Поскольку область автомобилестроения сейчас борется за безопасность и минимизацию вредных выбросов, то каждую систему необходимо дорабатывать до норм, установленных законодательством, а лучше и опережать их. Система охлаждения не остается в стороне, поскольку климат, в котором эксплуатируются отечественные автомобили, имеет веские перепады температур, что отражается на температуре двигателя и может составлять от -40 до +130 градусов. Поэтому улучшение данной системы - достаточно актуальный вопрос для модернизации режимов эксплуатации и более точной настройки двигателя.
Объектом исследования данного дипломного проекта является автомобильная система охлаждения. Предметом исследования выступает существующий водяной насос для двигателя ВАЗ 21179, на основе которого и будет представлена улучшенная конструкция.
Целью этой модернизации является улучшение режимов работы самого двигателя: минимизация времени прогрева двигателя, независимая работа системы от самого двигателя, улучшенная производительность и т.д.
Исходя из цели, данная работа предполагает решение следующих задач:
1. Рассчитать тепловой баланс двигателя для определения температурных данных, основа которых необходима для проработки новой конструкции.
2. Построить высокоскоростную характеристику, отражающую действующие результаты расчетов и результаты, полученные с применением модернизированного водяного насоса.
3. Определить методом расчетов характеристики новой конструкции насоса (такие так производительность, мощность и т.д.)
4. Модернизация влечет за собой применение электродвигателя, поэтому дополнительной задачей является его подбор для обеспечения функциональности всей системы в полном объеме.
5. Поскольку конструкция представляет собой комбинацию из электрических и механических устройств, необходимо проанализировать и продемонстрировать упрощенный алгоритм работы водяного насоса с электронным блоком управления двигателя. В конечном итоге модернизированный водяной насос будет обеспечивать улучшенную работу всей системы охлаждения, посредством независимой работы от механической составляющей двигателя и точной настройкой режима работы самого водяного насоса, что позволит предотвратить возможность перегрева двигателя и контролировать точную его температуру для оптимального функционирования.
Тема электрификации водяного насоса уже появлялась среди крупных компаний автомобилестроения, но реальное применение появляется лишь в единичных случаях, для гоночных болидов с повышенными нагрузками. Поэтому для развития данного направления необходимо предложить конструкцию, которая будет адаптирована под серийное производство, не многозатратное и позволит расширить диапазон регулировок и калибровок двигателя.
Структура дипломной работы строится исходя из целей и задач.
В первой главе по исходным данным проводится расчет всего двигателя и его систем.
Во второй главе рассматривается и рассчитывается новая конструкция водяного насоса.
В заключении описаны результаты проведенной работы, делаются выводы по рассматриваемой теме.
Результатом данной квалификационной работы может служить модернизированный водяной насос охлаждения с электромотором. Основные его характеристики: максимальная частота вращения - 6000 мин-1, напор имеет порядка 14 метров (135 кПа). Потребляемая мощность электромотора составляет 0,3 кВт, которые предварительно «забирались» у двигателя. Базовым двигателем, для которого предназначается данная помпа, является ВАЗ-21179, объемом 1,8 литра, мощностью 90 кВт, крутящим моментом 160 Н м при 4500 об/мин.
При использовании электрического водяного насоса, появляется возможность регулировки его скорости вращения, независимой работы от оборотов коленчатого вала двигателя и поддержание установленных температур охлаждающей жидкости.
Так же исключаются факторы повышенного шума подшипника и его заклинивания (поскольку в данной конструкции его роль выполняет электромотор). С внедрением электрифицированного водяного насоса, показатели по шуму не изменились, следовательно, компоновка модернизированного водяного насоса и двигателя выполняет все требования по шуму, предъявляемые к автомобилю.
