Дизель Р6 для установки на шасси седельного магистрального тягача категории N3 полной массой 31 т.
|
Введение
1. Обоснование схемы проектируемого двигателя и выбор
аналогов
2. Согласование режимов работы турбокомпрессора и
поршневой части ДВС
3. Тепловой расчет двигателя
3.1 Выбор недостающих данных
3.2 Результаты теплового расчета
3.3. Выводы
4. Кинематический и динамический расчеты двигателя
4.1. Кинематический расчет двигателя
4.2. Динамический расчет двигателя
4.3. Выводы
5. Уравновешивание двигателя
6 Расчет на прочность
6.1 Расчет коленчатого вала
6.2. Вывод
7. Расчет систем охлаждения и смазки двигателя
7.1. Расчет системы охлаждения
7.2. Расчет системы смазки
7.3. Выводы
8. Описание конструкции двигателя
9. Исследовательская часть
9.1 Введение
9.2. Актуальность темы
9.3 Расчет системы охлаждения
ВЫВОДЫ
Список использованной литературы
1. Обоснование схемы проектируемого двигателя и выбор
аналогов
2. Согласование режимов работы турбокомпрессора и
поршневой части ДВС
3. Тепловой расчет двигателя
3.1 Выбор недостающих данных
3.2 Результаты теплового расчета
3.3. Выводы
4. Кинематический и динамический расчеты двигателя
4.1. Кинематический расчет двигателя
4.2. Динамический расчет двигателя
4.3. Выводы
5. Уравновешивание двигателя
6 Расчет на прочность
6.1 Расчет коленчатого вала
6.2. Вывод
7. Расчет систем охлаждения и смазки двигателя
7.1. Расчет системы охлаждения
7.2. Расчет системы смазки
7.3. Выводы
8. Описание конструкции двигателя
9. Исследовательская часть
9.1 Введение
9.2. Актуальность темы
9.3 Расчет системы охлаждения
ВЫВОДЫ
Список использованной литературы
Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее
распространённому типу тепловых двигателей, то есть таких двигателей, в
которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется
в механическую.
Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение
грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только
количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования
имеющихся автомобилей, повышение культуры эксплуатации, увеличение
межремонтных сроков службы.
Создание автомобилей, работающих с высокой топливной
экономичностью, зависит в первую очередь от двигателей, в которых
максимальное количество тепла превращалось бы в полезную механическую
работу при непременном условии повышения срока их службы.
Автомобильные двигатели, кроме того, должны иметь малые габаритные
размеры и вес.
Концепция автомобильного двигателя на сегодняшний день обусловлена
следующими общими требованиями: существенное уменьшение
эксплуатационного расхода топлива и масла, безусловное соответствие
постоянно ужесточающимся стандартам на выбросы вредных веществ,
уменьшение расхода природных ресурсов, потребляемых на изготовление
автомобиля. При удовлетворении указанных выше основных требований не
должны ухудшаться остальные эксплуатационные характеристики автомобиля,
его безопасность и комфортность.
Стоимость производства такого автомобиля должна обеспечивать его
конкурентоспособность в условиях рынка.
Очевидно, что создание перспективного высокоэкономичного
малотоксичного автомобиля представляет сложную комплексную задачу,
связанную с коренным усовершенствованием большинства узлов автомобиля и
технологии их производства.
Решение такой задачи не может быть достигнуто в рамках возможностей
одного производителя автомобилей, а требует объединения значительного
числа производственных предприятий и государственных организаций.
Современными направлениями развития дизелей являются повышение
мощности, топливной и масляной экономичности, надёжности и снижение
металлоёмкости.
Все более жесткие ограничения по нормам токсичности отработавших
газов и постоянный рост мощности обусловили применение систем впрыска
топлива с очень высоким рабочим давлением, что приводит к удорожанию
системы топливопитания.
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием
главным образом применению в качестве силовых установок поршневых
двигателей внутреннего сгорания.ВКР 13.03.03.19.09.00.00.00.ПЗ Лис т
Изм Лист № докум. Подп. Дата 6
Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным
видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях,
тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных
машинах. Эта тенденция сегодня сохраняется, и будет ещё сохраняться в
ближайшей перспективе.
Среди ДВС дизель(двигатель с воспламением от сжатия) в настоящее
время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию
топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне
изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что
запасы нефтяных топлив ограничены.
В дизеле регулирование мощности осуществляется регулированием
количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения
давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий
вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным
двигателем более приемистым в движении, чем такой же автомобиль с
бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство
грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что
дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом,
вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше.
Явными недостатками дизелей являются помутнение и застывание летнего
дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной
аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами,
изготовленными с высокой точностью. Также дизели крайне чувствительны к
загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения
очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизелей, как
правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного
класса.
Литровая мощность дизелей также, как правило, уступает аналогичным
показателям бензиновых моторов, хотя дизели обладают более ровным
крутящим моментом в своём рабочем диапазоне.
Экологические показатели дизелей значительно уступали до последнего
времени бензиновым двигателям. На классических дизелях с механически
управляемым впрыском возможна установка только окислительных
нейтрализаторов отработавших газов, работающих при температуре
отработавших газов свыше 300 C, которые окисляют только окись углерода CO
и несгоревшие углеводороды CхHу до безвредных для человека углекислого
газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя
вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в
отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном
топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи.
Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением
дизелей так называемой системы CommonRail. В данном типе дизелей впрыск
топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок
управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же
отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и
момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный - и
экологически такой же чистый, как и бензиновый - дизель ничем не уступает
своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно
его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного
дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших
системах CommonRail оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар.
Также каталитическая система современных транспортных дизелей
значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь»
работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев
требуется введение так называемого сажевого фильтра. Сажевый фильтр
представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору
структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и
катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается
высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться
остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи
не всегда окисляется, и остается в сажевом фильтре, поэтому программа блока
управления периодически переводит двигатель в режим очистки сажевого
фильтра путём впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в
конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно,
очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи.
Стандартом в конструкциях транспортных дизелей стало наличие ТКР, а в
последствии и ОНВ. ТКР позволил поднять удельные мощностные
характеристики массовых дизелей, так как позволяет пропустить за рабочий
цикл большее количество воздуха через цилиндры.
В целом же, в своей основе конструкция дизельного двигателя подобна
конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля
обычно тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия.
распространённому типу тепловых двигателей, то есть таких двигателей, в
которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется
в механическую.
Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение
грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только
количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования
имеющихся автомобилей, повышение культуры эксплуатации, увеличение
межремонтных сроков службы.
Создание автомобилей, работающих с высокой топливной
экономичностью, зависит в первую очередь от двигателей, в которых
максимальное количество тепла превращалось бы в полезную механическую
работу при непременном условии повышения срока их службы.
Автомобильные двигатели, кроме того, должны иметь малые габаритные
размеры и вес.
Концепция автомобильного двигателя на сегодняшний день обусловлена
следующими общими требованиями: существенное уменьшение
эксплуатационного расхода топлива и масла, безусловное соответствие
постоянно ужесточающимся стандартам на выбросы вредных веществ,
уменьшение расхода природных ресурсов, потребляемых на изготовление
автомобиля. При удовлетворении указанных выше основных требований не
должны ухудшаться остальные эксплуатационные характеристики автомобиля,
его безопасность и комфортность.
Стоимость производства такого автомобиля должна обеспечивать его
конкурентоспособность в условиях рынка.
Очевидно, что создание перспективного высокоэкономичного
малотоксичного автомобиля представляет сложную комплексную задачу,
связанную с коренным усовершенствованием большинства узлов автомобиля и
технологии их производства.
Решение такой задачи не может быть достигнуто в рамках возможностей
одного производителя автомобилей, а требует объединения значительного
числа производственных предприятий и государственных организаций.
Современными направлениями развития дизелей являются повышение
мощности, топливной и масляной экономичности, надёжности и снижение
металлоёмкости.
Все более жесткие ограничения по нормам токсичности отработавших
газов и постоянный рост мощности обусловили применение систем впрыска
топлива с очень высоким рабочим давлением, что приводит к удорожанию
системы топливопитания.
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием
главным образом применению в качестве силовых установок поршневых
двигателей внутреннего сгорания.ВКР 13.03.03.19.09.00.00.00.ПЗ Лис т
Изм Лист № докум. Подп. Дата 6
Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным
видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях,
тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных
машинах. Эта тенденция сегодня сохраняется, и будет ещё сохраняться в
ближайшей перспективе.
Среди ДВС дизель(двигатель с воспламением от сжатия) в настоящее
время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию
топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне
изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что
запасы нефтяных топлив ограничены.
В дизеле регулирование мощности осуществляется регулированием
количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения
давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий
вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным
двигателем более приемистым в движении, чем такой же автомобиль с
бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство
грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что
дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом,
вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше.
Явными недостатками дизелей являются помутнение и застывание летнего
дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной
аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами,
изготовленными с высокой точностью. Также дизели крайне чувствительны к
загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения
очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизелей, как
правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного
класса.
Литровая мощность дизелей также, как правило, уступает аналогичным
показателям бензиновых моторов, хотя дизели обладают более ровным
крутящим моментом в своём рабочем диапазоне.
Экологические показатели дизелей значительно уступали до последнего
времени бензиновым двигателям. На классических дизелях с механически
управляемым впрыском возможна установка только окислительных
нейтрализаторов отработавших газов, работающих при температуре
отработавших газов свыше 300 C, которые окисляют только окись углерода CO
и несгоревшие углеводороды CхHу до безвредных для человека углекислого
газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя
вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в
отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном
топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи.
Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением
дизелей так называемой системы CommonRail. В данном типе дизелей впрыск
топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок
управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же
отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и
момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный - и
экологически такой же чистый, как и бензиновый - дизель ничем не уступает
своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно
его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного
дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших
системах CommonRail оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар.
Также каталитическая система современных транспортных дизелей
значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь»
работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев
требуется введение так называемого сажевого фильтра. Сажевый фильтр
представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору
структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и
катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается
высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться
остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи
не всегда окисляется, и остается в сажевом фильтре, поэтому программа блока
управления периодически переводит двигатель в режим очистки сажевого
фильтра путём впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в
конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно,
очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи.
Стандартом в конструкциях транспортных дизелей стало наличие ТКР, а в
последствии и ОНВ. ТКР позволил поднять удельные мощностные
характеристики массовых дизелей, так как позволяет пропустить за рабочий
цикл большее количество воздуха через цилиндры.
В целом же, в своей основе конструкция дизельного двигателя подобна
конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля
обычно тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия.
1. По результатам теплового и гидродинамического расчета двигателя Р6 в
составе а/м КАМАЗ 54901 при температуре окружающей среды +50 °С
было установлено:
a. представленные компоненты блока охлаждения могут обеспечить
необходимые температурные показатели ОЖ в части входной
температуры ОЖ в радиатор на частотах вращения коленчатого
вала от 900 мин-1 до 1900 мин-1 при скорости набегающего потока
воздуха 30 км/ч;
b. при отсутствии набегающего потока температура ОЖ
соответствует необходимым температурным показателям на
частоте вращения коленчатого вала 1900 мин-1 (101 °С).ВКР 13.03.03.19.09.00.00.00.ПЗ Лис т
Изм Лист № докум. Подп. Дата 75
2. По результатам теплового и гидродинамического расчета двигателя Р6 в
составе а/м КАМАЗ 54901 при температуре окружающей среды +50 °С с
учетом набегающего потока 30 км/ч было установлено, что
представленные компоненты блока охлаждения могут обеспечить
необходимые температурные показатели ОЖ в части входной
температуры ОЖ в радиатор на всех рассмотренных режимах от 900мин-1
до 1700 мин-1 .
3. С целью возможности снижения механических потерь в двигателе Р6, в
частности связанных с приводом водяного насоса, снижение расхода ОЖ
в СО не представляется возможным, из-за высокой температуры ОЖ на
входе в радиатор.
составе а/м КАМАЗ 54901 при температуре окружающей среды +50 °С
было установлено:
a. представленные компоненты блока охлаждения могут обеспечить
необходимые температурные показатели ОЖ в части входной
температуры ОЖ в радиатор на частотах вращения коленчатого
вала от 900 мин-1 до 1900 мин-1 при скорости набегающего потока
воздуха 30 км/ч;
b. при отсутствии набегающего потока температура ОЖ
соответствует необходимым температурным показателям на
частоте вращения коленчатого вала 1900 мин-1 (101 °С).ВКР 13.03.03.19.09.00.00.00.ПЗ Лис т
Изм Лист № докум. Подп. Дата 75
2. По результатам теплового и гидродинамического расчета двигателя Р6 в
составе а/м КАМАЗ 54901 при температуре окружающей среды +50 °С с
учетом набегающего потока 30 км/ч было установлено, что
представленные компоненты блока охлаждения могут обеспечить
необходимые температурные показатели ОЖ в части входной
температуры ОЖ в радиатор на всех рассмотренных режимах от 900мин-1
до 1700 мин-1 .
3. С целью возможности снижения механических потерь в двигателе Р6, в
частности связанных с приводом водяного насоса, снижение расхода ОЖ
в СО не представляется возможным, из-за высокой температуры ОЖ на
входе в радиатор.