«Улучшение эксплуатационных и конструктивных показателей автомобильных двигателей, применяемых для силовых установок»

Новая система питания предполагает использование большого числа комплектующих, что, естественно, удорожает ее. Но «скупой платит дважды». Сэкономив сегодня на распределенном впрыске, он завтра обрекает будущее поколение на постоянные и тяжелые заболевания, связанные с ухудшением экологии и, вообще, на вырождение человечества.

Исходя именно из этих позиций, совершенно необходима разработка качественно новой, отвечающей современным меркам, системы питания с рас-пределенным впрыском топлива.

При проведения ремонтных работ в полевых условиях часто требуется выполнение сварочных работ. При электродуговой ручной сварке применяют переменный и постоянный ток. Для питания аппаратов электродуговой сварки на переменном токе используют сварочные трансформаторы в одно- и двухкорпусном исполнении.

Для питания аппаратов электродуговой сварки на постоянном токе применяют сварочные машины (преобразователи, сварочные агрегаты с приводом от двигателя внутреннего сгорания, так называемые «сварочные агрегаты»). Сварочные агрегаты АСБ- АСД и АСДМ смонтированы на рамах без колес. Для применения таких аппаратов в полевых условиях их устанавливают на одноосных прицепах, а АСДП — на двухосных прицепах.

Таким образом, актуальность и значимость рассмотрения проблемы заключается в совершенствовании системы питания автомобильного двигателя, работающего в стационарных условиях, для улучшения его эксплуатационных и конструктивных показателей при снижении эксплуатационных затрат.

Объектом исследования дипломного проекта является бензиновый двига-тель внутреннего сгорания ЗАЗ-320.

Целью дипломного проекта является повышение мощности двигателя ЗАЗ-320 – составной части сварочного агрегата АСБ-300-7, и снижение удельного расхода топлива.

Для решения этой цели в проекте рассмотрены вопросы особенности конструкции систем питания, дана их сравнительная характеристика, поставлены и решены задачи по разработке оптимальной системы для двигателя ЗАЗ-320, и проведены расчёты на прочность основных деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Особое внимание в проекте уделено экологическим и технико-экономическим вопросам применения проектируемой системы.

Благоприятными результатами, получаемыми в результате выполнения проекта, являются снижение токсичности выхлопных газов, оптимизация расхода топлива, снижение трудоёмкости обслуживания, при одновременной автоматизации процесса питания бензинового двигателя внутреннего сгорания топливом.

Методологической основой исследования являются инструктивные мате-риалы, монографии, статьи отечественных и зарубежных авторов, учебники и учебные пособия.

Работа выполнена с помощью программных продуктов WORD, EXCEL и KOMPAS – 3D V8.

Первой применила двигатель с непосредственным впрыском на серийном автомобиле компания Mitsubishi. Поэтому рассмотрим устройство и принципы действия непосредственного впрыска на примере двигателя GDI (Gasoline Direct Injection). Двигатель GDI может работать в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1. Максимально возможное для традиционных инжекторных двигателей с распределенным впрыском соотношение равно 20-24:1 (стоит напомнить, что оптимальный, так называемый стехиометрический, состав - 14,7:1) - если избыток воздуха будет больше, переобедненная смесь просто не воспламенится. На двигателе GDI распыленное топливо находится в цилиндре в виде облака, сосредоточенного в районе свечи зажигания. Поэтому, хотя в целом смесь переобедненная, у свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и легко воспламеняется. В то же время, обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая. Последнее обстоятельство позволяет повысить степень сжатия, а значит увеличить и мощность, и крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении в цилиндр топлива, воздушный заряд охлаждается - несколько улучшается наполнение цилиндров, а также снова снижается вероятность возникновения детонации.

Основные конструктивные отличия GDI от обычного впрыска показаны на рисунке 1.3 и заключаются в следующем:

а) механический насос, подобный топливному насосу высокого давления (ТНВД) дизельного двигателя, развивает давление в 50 бар (у инжекторного двигателя электронасос в баке создает в магистрали давление около 3-3,5 бар);

б) форсунки высокого давления с вихревыми распылителями создают форму топливного факела, в соответствии с режимом работы двигателя. На мощностном режиме работы впрыск происходит на режиме впуска и образуется конический топливовоздушный факел. На режиме работы на сверхбедных смесях впрыск происходит в конце такта сжатия и формируется компактный топливовоздушный факел, который вогнутое днище поршня направляет прямо к свече зажигания;

в) в днище пошня особой формы сделана выемка, при помощи которой топливо-воздушная смесь направляется в район свечи зажигания;

г) на двигателе GDI применены вертикальные впускные каналы, которые обеспечивают формирование в цилиндре так на «обратного вихря», направляя топливовоздушную смесь к свече и улучшая наполнение цилиндров воздухом (у обычного двигателя вихрь в цилиндре закручен в противоположную сторону).

Всего предусмотрено три режима работы двигателя GDI:

а) режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия);

б) мощностной режим (впрыск на такте впуска);

в) двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия) (применяется на евромодификациях).

Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается компактным факелом в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, смешивается с воздухом и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена, заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа двигателя на сильнообедненной смеси поставила новую проблему - нейтрализацию отработавших газов. Дело в том, что при этом режиме основную их долю составляют оксиды азота, и поэтому обычный каталитический нейтрализатор становится малоэффективным. Для решения этой задачи была применена рециркуляция отработавших газов (EGR-Exhaust Gas Recirculation), которая резко снижает количество образующихся оксидов азота и установлен дополнительный NO-катализатор.