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.
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 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 «отзывчивым» 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 CH 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.
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 впоследствии и ОНВ. ТКР позволил поднять удельные мощностные характеристики 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.
В проекте был проведен тепловой расчет двигателя с помощью программы Diesel Rk, в результате которого мощность двигателя составила Ne= 307,3 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1800 мин-1, максимальный крутящий момент Ме = 1834 Н-м при частоте вращения коленчатого вала 1200 мин-1, минимальный удельный расход топлива ge= 203 г/кВт ч, коэффициент приспособляемости Кт = 1,20, скоростной коэффициент Кс = 0,66, литровая мощность Nen= 28,45 кВт/л, удельная поршневая мощность Nen= 41,7 кВт/дм2.
Далее были проведены кинематический и динамический расчеты двигателя, в результаты которых были получены зависимости от угла поворота коленчатого вала различных параметров: перемещения, скорости и ускорения поршня, газовых и инерционных сил, действующий на КШМ, сил действующие на шатунные шейки коленчатого вала. По результатам этих расчетов была построена диаграмма износа шатунной шейки.
Также был проведен анализ уравновешенности двигателя и расчет.
Были проведены расчеты на прочность на прочность деталей двигателя, которые показали, что при выбранных материалах и размерах элементов деталей в расчетных режимах в основном напряжения не превышают допустимых.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
