Проект по улучшению эксплуатационно-технических показателей легкового автомобиля малого класса ВАЗ-2110

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данном дипломном проекте был рассмотрен проект по улучшению эксплуатационно-технических показателей легкового автомобиля малого класса ВАЗ-2110.

В исследовательском разделе был проведён анализ опыта эксплуатации легковых автомобилей и обоснование мероприятий по системе управления автомобилем.

В конструкторском разделе произведён тягово-динамический расчёт, а так же разработка конструкции коробки переключении передач и структуры системы управления автомобилем.

Технологический раздел был посвящен разработке технологического процесса изготовления проектируемого узла.

В разделе безопасности жизнедеятельности проведён анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при эксплуатации легкового автомобиля. Разработка мер безопасности и анализ факторов, оказывающий вредное воздействие на окружающую среду и меры защиты.

В организационно-экономическом разделе было произведено нормирование технологического процесса изготовления детали автомобиля, определение целесообразности организации поточной линии, планирование цеха автоматизированного производства.

Содержание

эксплуатационно технический автомобиль легковой

Введение

1. Исследовательский раздел

1.1 Анализ опыта эксплуатации легковых автомобилей

1.2 Обоснование мероприятий по системе управления автомобилем

2. Конструкторский раздел

2.1 Тягово-динамический расчёт

2.2 Разработка конструкций коробки передач

2.3 Разработка структуры системы управления автомобилем

3. Технологический раздел

3.1 Разработка технологического процесса изготовления проектируемого узла

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при эксплуатации легкового автомобиля

4.2 Разработка мер безопасности

4.3 Анализ факторов оказывающих вредное воздействие на окружающую среду. Разработка мер защиты

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Нормирование технологического процесса изготовления детали автомобиля

5.2 Определение целесообразности организации поточной линии

5.3 Планировка цеха автоматизированного производства

Введение

ХХ век -- век атома, электроники, компьютеров или автомобилей? Спор по этому вопросу еще не закончен. А пока лишь приведем некоторые факты из прошлого и настоящего автомобилей: автомобильное «население» Земли в ХХ веке увеличилось в 10 тысяч раз, а человеческое -- лишь втрое; автомобили -- самая мощная энергетическая база человечества, суммарная мощность их двигателей достигает 25 млрд. кВт, а вырабатываемая ими энергия ежегодно составляет около 30 тысяч млрд. Квт.ч; мировая автомобильная промышленность выпускает ежегодно до 40 млн. машин; около 80% перевозок грузов и пассажиров осуществляется автомобильным транспортом.

Рассмотрим легковой автомобиль малого класса ВАЗ-2110.

Автомобили «десятого» семейства ВАЗ занимают лидирующие места в списке из всех производимых и продаваемых автомобилей в России. ВАЗ-2110 это разработка Волжского автомобильного завода, поступившая в серийное производство в 1996 году. Эта машина стала первой в целой серии седанов нового, третьего поколения. От предшественников модель отличает целый ряд обновлённых параметров, касающихся всех узлов и агрегатов.

Эти автомобили выпускаются уже больше 10 лет и прошли несколько модернизаций с целью улучшения эксплуатационно-технических показателей автомобиля, но и рынок не стоит на месте. С каждым годом все больше и больше продаётся автомобилей зарубежного производства, автомобильные марки Ford, Renault, Toyota, BMW, Hummer, Hyundai уже наладили сборочное производство в нашей стране, так же нельзя забывать и о Китайских автомобилях, которые непосредственно выступают в одной ценовой группе с автомобилями ВАЗ. А качество изготовления их выше, качества изготовления отечественных автомобилей. В связи с этим конкуренция на рынке постоянно растёт, и пик её приходится как раз на малый класс городских автомобилей, где и выступает ВАЗ-2110. Покупатель, выбирая новый, современный автомобиль, руководствуется не только его ценой, а всё больше и больше обращает внимание на его эксплуатационно-технические показатели такие как: надежность, безотказность, подвижность, эргономичность, безопасность, экологичность и т.д.

В связи с этим назрела задача обобщения опыта эксплуатации автомобилей ВАЗ, исследование эксплуатацонно-технических показателей автомобиля с целью разработки мероприятий по совершенствованию конструкции, что должно привести к улучшению характеристик автомобиля и, следовательно, повышению популярности и конкурентоспособности этих автомобилей не только на Российском, но и зарубежном рынке.

1. Исследовательский раздел

1.1 Анализ опыта эксплуатации легковых автомобилей

Проводимый анализ опыта многолетний эксплуатации автомобилей марок ВАЗ показал, что для усовершенствования машины требуется совершенствование конструкций отдельных узлов, применение новых конструкционных материалов, использование принципиально новых решений в области управления как самим транспортным средством, так и производством транспортного средства.

Одним из наиболее нагруженных элементов автомобиля является коробка передач (КП). Конструкция КП оказывает заметное влияние на тягово-динамические качества автомобиля, его топливную экономичность и все показатели надёжности, поэтому при рассмотрение мероприятий по повышению эксплуатационно-технических показателей автомобиля были рассмотрены вопросы совершенствования КП.

Основные неисправности узлов и деталей КПП:

1. Шум в коробке передач

Повышенный шум работы КПП может быть вызван следующими причинами:

-- износом зубьев шестерен

-- износом подшипников

-- недостаточным уровнем масла

Устранить эти неисправности можно заменив изношенные детали и долив масло, уровень которого должен находиться между контрольными метками указателя уровня масла. При необходимости нужно заменить поврежденные или изношенные сальники.

2. Затрудненное переключение передач

Затрудненное переключение передач может быть вызвано следующими причинами:

-- неполное выключение сцепления

-- деформация тяги привода управления механизмом переключения передач или реактивной тяги

-- ослабление винтов крепления шарнира или рычага штока выбора передач

-- неправильная регулировка привода переключения передач

-- износ или поломка пластмассовых деталей в приводе переключения передач

Для устранения этих неисправностей необходимо отрегулировать или заменить поврежденные или неисправные детали КПП.

3. Самопроизвольное выключение передач

При самопроизвольном выключении передач основными причинами могут быть:

-- повреждение или износ торцов зубьев синхронизаторов на шестерне и муфте

-- повышенные колебания силового агрегата на опорах из-за трещин или расслоение резины на задних опорах

-- недовключение передач из-за неправильной регулировки привода переключения передачи неправильной установки (натягивания) защитного чехла тяги

Для устранения этих неисправностей необходимо заменить изношенные или поврежденные детали или отрегулировать привод.

4. Шум ("треск") в момент включения передач

Этот дефект может возникать в силу следующих причин:

-- неполного включения сцепления

-- износа блокирующего кольца синхронизатора включаемой передачи, которое необходимо заменить.

5. Утечка масла из КПП

Утечка масла из КПП может возникнуть в следствии:

-- износа сальников первичного вала

-- износа корпусов шарниров равных угловых скоростей

-- штока выбора передач

-- уплотнителя валика привода спидометра.

Также утечка масла возможна при ослаблении крепления и повреждении герметика в местах крепления крышки и картера коробки.

Почти все они выявляются при движении автомобиля в следующих режимах:

1. На прямой передаче - в натяг, когда зубья шестерен работают с полной нагрузкой при движении автомобиля вперед (по переднему ходу).

2. Накат (выбег) с выключенной коробкой передач, когда шестерни главной передачи могут работать на переднем и заднем ходу с минимальной нагрузкой.

3. Накат с торможением двигателя, когда зубья шестерен главной передачи работают на заднем ходу с повышенной нагрузкой.

На переменных режимах движения могут быть выявлены недостатки в работе всей трансмиссии. В случае частичной или полной разборки главной передачи рекомендуется проверять состояние и размеры рабочих поверхностей сопрягаемых узлов и деталей для определения степени их износа и возможности дальнейшей эксплуатации.

Этот анализ показал, что большинство неисправностей КПП возникают в случаях:

-некачественной сборки узла

-нормального износа трущихся деталей

-не герметичности корпуса

Для устранения этих неисправностей и тем самым повышения надежности, безотказности, долговечности, сохраняемости автомобиля в целом, рекомендуется:

1) Повысить герметичность корпусов;

2) Усовершенствовать технологию и точность производства, применение новых материалов.

3) Использование масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой, соответствующими присадками, которые обеспечат меньшие потери и больший ресурс

Анализируя многолетний опыт эксплуатации автомобилей ВАЗ , исследуем их эксплуатационно-технические показателя и разработали мероприятия по повышению этих показателей.

Одним из основных составляющих ЭТХ являются показатель подвижности автомобиля.

Подвижность - это способность к перемещению из начального в конечный пункт. Подвижность автомобиля характеризуется его средней скоростью и путевым расходом топлива.

Величина средний скорости зависит от удельной мощности автомобиля:

Vcp=A(1-e )Kтс

Для улучшения показаний подвижности необходимо увеличить Nуд.

Nуд =Nemax/Ga,

где: Nemax -моментальная эффективная мощность двигателя, Ga-полная масса автомобиля.

Увеличить Nуд можно снизив полную массу автомобиля. В настоящие время добиться этого нетрудно, уменьшить массу автомобиля возможно путем более полного использования свойств металлов и применения лёгких сплавов и пластмасс. Так для изготовления картеров коробок передач, сцепления, рам, панелей и кабин используют алюминиевые сплавы. Большое распространение получают пластмассы, которые по сравнению с металлами имеют меньшею плотность, более пластичны, что важно при изготовление деталей сложной формы, и обладают высокой антикоррозионной стойкостью.

Более эффективным способом увеличения Nуд является увеличение Ne. Повысить Ne можно с помощью увеличения рабочего объёма двигателя, но это приводит к повышению веса двигателя, его габаритов, повышению расхода топлива и не всегда является единственным решением проблемы повышения Nemax.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала n можно при условии уменьшения механических потер, использование новых масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой, с различными присадками, новых фрикционных материалов, а так же выполнение отношения S/D <<1 (где S- ход поршня, D-диаметр цилиндра). Этот параметр связан непосредственно со скоростью поршня и мощностью двигателя. В высокооборотистых двигателях Nemax двигателях отношение S/D целесообразно уменьшить до определённого предела для получения умеренной скорости поршня, увеличение механического КПД, при этом уменьшается износ некоторых деталей (например поршневых колец и т.д.) двигателя. Но с уменьшение отношения S/D увеличивается длина двигателя, а в некоторых случаях и его масса.

Но как показывает мировая практика, самым эффективным способом повышения Ne является - совершенствование двигателя: применение впрыска и наддува в двигателях с искровым зажигание. Впрыскивание топлива по сравнению с карбюрацией обеспечивает следующие:

1. Повышение коэффициента наполнения, вследствие уменьшения сопротивления впускной системы, при отсутствие карбюратора и подогрева воздуха на впуске из-за меньшей длины впускного тракта.

2. Более равномерное распределение топлива по цилиндрам двигателя. Отличие коэффициента избытка по цилиндрам двигателя при впрыскивании топлива составляет 6-7%, а при карбюрации 10-20%.

3. Возможность повышения степени сжатия на 0.5-2 единицы при принятом октановом числе топлива в результате меньшего подогрева свежего заряда на впуске, продувки цилиндров и более равномерное распределение по ним топлива.

4. Повышение энергетических показаний на 3-15%

5. Улучшение приёмистости двигателя и более легкий его пуск.

Наддув двигателей позволяет значительно форсировать двигатель, что достигается при повышение плотности воздушного заряда и соответствующим увеличение подачи топлива.

Для улучшения показателя подвижности необходимо повысить топливную экономичность автомобиля, которая определяется путевым расходом топлива qт, который равен отношению общего расхода топлива к длине пройденного пути:

qт= Gтср/Vср*ст ; i=100Q/S (л/км; л/100км)

qт= Ne ср*gе ср / Vср*ст с

а так же запасом хода по топливу

L1=Qтоп в баке/qт (км)

Что бы уменьшить значение qт, необходимо снизить gе-удельный эффективный расход топлива gе=3600/Нu*зi*зм (Где: Нu-низшая теплотворная способность топлива кДж/кг

зi-индикаторный КПД, зм-механический КПД) за счёт повышения зi и зм.

Повышение экономических показателей двигателей достигается путём: совершенствования процессов смесеобразования и сгорания; уменьшение механических потерь; использование форкамерного факельного зажигания бедных смесей; обеспечение оптимального состава смеси на различных установившихся нагрузочных и скоростных режимах, а так же на режимах разгона и торможения автомобиля с электронной системой управления подачей топлива.

Для увеличения запаса хода по топливу необходимо уменьшить путевой расход топлива, а так же увеличить вместимость топливного бака, что определяется общей компоновкой транспортного средства.

Основной недостаток карбюраторных двигателей - их низкая топливная экономичность, объясняется сравнительно не высокой степенью сжатия и узким (по коэффициенту избытка воздуха) диапазоном воспламеняемости смеси. Последнее исключает возможность обеднения смеси и тем самым повышение экономичности двигателя.

Для улучшения топливной экономичности очень важно уменьшить сопротивление движению: аэродинамическое сопротивление, сопротивление качению.

Уменьшить сопротивление качению возможно при помощи оптимального выбора шин, давления в них.

Низкий уровень аэродинамических качеств, к сожалению, свойственен отечественным автомобилям. Повышение соответствующих показателей возможно за счёт изменения профиля кузова, применение различных обтекателей.

Другим важным эксплуатационно-техническим показателям является надёжность.

Надежностью принято называть свойство объекта, в данном случае автомобиля или его составной части, сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством автомобиля и его составных частей и включает в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность - это свойство автомобиля или его составной части сохранять работоспособность в течение определенного времени или пробега без вынужденных перерывов для устранения отказов.

Определение показателей безотказности позволяет прогнозировать выход автомобиля и его составных частей из строя и планировать расход запасных частей, а также оптимизировать периодичность и номенклатуру работ по его техническому обслуживанию и ремонту.

Долговечность - это свойство автомобиля или его составной части сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. К основным показателям долговечности относятся следующие. Определение показателей долговечности позволяет нормировать ресурсы и сроки службы автомобилей и их агрегатов.

Ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) - это свойство автомобиля или и его составной части, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - это свойство автомобиля или его составной части сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. Срок сохраняемости - это календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования автомобиля или его составной части, в течение которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах.

1.2 Обоснование мероприятий по системе управления автомобилем

Рассмотрим системы подачи топлива и управления двигателем.

Рис. 1

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из следующих фаз (рис.1). Фаза всасывания, во время которой поршень опускается вниз, и через открытый впускной клапан, топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр. Во время следующей фазы происходит сжатие рабочей смеси. После воспламенения происходит рабочий ход поршня, во время которого энергия сгорания топлива передается двигателю. Во время выпуска через открытый выпускной клапан происходит выброс продуктов сгорания топливной смеси.Для правильной работы бензинового двигателя требуется определенное соотношение между количествами поступающего топлива и воздуха. Соотношение 14.7:1 теоретически является наиболее оптимальным по критерию полного сгорания и называется коэффициентом избытка воздуха л=1 . Назначением электронной системы впрыска топлива является поддержание этого соотношения в пропорции, наиболее соответствующей температурным условиям, нагрузке на двигатель, достаточной динамике разгона, требованиям экономичности и экологии. Электронная система позволяет точно соизмерять количество подаваемого топлива с режимом и нагрузкой двигателя, гибко реагировать на изменение условий эксплуатации автомобиля.

Наиболее распространенной является многоточечная система впрыска топлива. В этой системе топливо в каждый цилиндр поступает через свою форсунку, которая распыляет бензин непосредственно перед впускным клапаном соответствующего цилиндра. Центральный впрыск (CFI)- это система, при которой форсунка подает топливо по оси диффузора перед дроссельной заслонкой. Механические системы дозированной подачи топлива в данной работе не рассматриваются.

Применение данных систем обеспечивает следующие преимущества.

1. Снижение расхода топлива. Получение информации о режимах работы двигателя (например, частота вращения, температуры, положения дроссельной заслонки, нагрузка и т.п.) делает возможным точное согласование функционирования системы и соответствие подачи топлива потребности в нем двигателя.

2. Увеличение мощности двигателя. Достигается за счет лучшего наполнения цилиндров, мелкодисперсного распыления топлива и оптимальной геометрии впускного коллектора, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.

3. Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска обладает достаточным быстродействием для незамедлительного реагирования на изменение нагрузки. Подача топлива непосредственно к впускному клапану с распылением под большим давлением резко снижает пленкообразование, улучшает параметры топливно-воздушной смеси, что увеличивает динамический момент двигателя и мощность на коленвале.

4. Улучшение холодного пуска и прогрева двигателя. Оптимальные дозировка топлива и величина холостого хода (ХХ) в зависимости от температуры и частоты вращения двигателя позволяет достичь быстрого запуска двигателя и возрастания частоты вращения.

5. Снижение токсичности отработанных газов. Вследствие оптимальности топливно-воздушной смеси, а также, применения датчиков параметров выхлопных газов, система управления не допускает работу двигателя на переобогащенной топливно-воздушной смеси.

При запуске холодного двигателя требуется обогащение топливной смеси, из-за недостаточного перемешивания всасываемого воздуха с топливом, усиленного пленкообразования, низкой кондиции холодного двигателя, что реализуется использованием форсунки холодного старта или значительным увеличением времени открывания форсунки. После пуска двигателя при низких температурах топливно-воздушная смесь обогащается путем подачи дополнительного топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и не улучшится смесеобразование в цилиндрах. Дополнительно, за счет обогащенной смеси достигается больший крутящий момент на коленвале мотора.

При частичных нагрузках (ХХ, сброс оборотов), главным критерием для количества подаваемого топлива, является минимальный расход топлива.

При полностью открытой дроссельной заслонке, двигатель должен достичь максимального крутящего момента, и поэтому смесь обогащается до a=0.85-0.9.

При ускорении, т.е. быстром открывании дроссельной заслонки, кратковременно происходит обеднение топливной смеси вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускном коллекторе. Для компенсации этого применяется кратковременное, неадекватное показаниям датчика потока воздуха, увеличение времени или частоты открывания форсунок, а также увеличение давления подачи топлива (для того, чтобы разница давления во впускном коллекторе и давления подачи была постоянной).

При движении на принудительном ХХ, т.е. при закрытии дроссельной заслонки и достаточно высокой частоте вращения двигателя, подача топлива практически прекращается. При уменьшении частоты вращения ниже заданного порога подача топлива возобновляется. Данный режим позволяет снижать расход топлива и токсичность выхлопных газов.

Преимущества и недостатки различных систем впрыскивания бензина

В большинстве ведущих стран, где применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов является обязательным, системы впрыскивания бензина почти полностью вытеснили карбюраторные. Сравним две из них - системы центрального и распределенного впрыскивания. Система центрального впрыскивания при относительно небольшом усложнении по сравнению с карбюраторной ненамного улучшает экономические и экологические показатели и ездовые качества. Переход с карбюраторной системы на центральное впрыскивание не требует серьезных изменений конструкции двигателя и перестройки производства. Впускной трубопровод, как правило, не изменяется. Давление впрыска увеличивается на небольшую величину, сохраняется возможность использовать различные устройства для улучшения смесеобразования (подогрев смеси, ультразвуковое распыливание), системы с обратной связью от кислородного датчика для поддержания заданного соотношения расхода воздуха к расходу топлива, равного 14,7 (стехиометрический состав смеси), чтобы выброс оксидов азота был минимален. Кроме того, можно обеспечить оптимальный состав смеси на основных эксплуатационных режимах, исключить влияние приливно-отливных явлений в поплавковой камере карбюратора при разгоне, крутых поворотах, движении на подъем.

Однако и двигатели с центральным впрыском не избавлены от большинства недостатков, присущих карбюраторным системам питания: неравномерное распределение смеси по цилиндрам (по составу) и наличие топливной пленки на стенках впускного трубопровода. Вследствие этого динамические и экономические показатели улучшаются не намного. Поэтому автомобили, предназначенные для эксплуатации в странах с жесткими требованиями к токсичности отработавших газов, оборудуются преимущественно системами распределенного фазированного впрыскивания бензина.

Впрыскивание топлива в цилиндр может осуществляться во время хода впуска для создания гомогенной смеси в заряде. Этот способ использовался преимущественно в авиационных двигателях и автомобильных форсированных двигателях (Mersedes M 196, 300SL). Впрыскивание в цилиндр может производиться и с целью послойного распределения топливного заряда в камере сгорания, обеспечивающего возможность сжигания переобедненных смесей. Примером могут служить циклы TCCS-Texaco, Proco, Mitsubishi и др. Двигатели Mitsubishi и Toyota с впрыском в цилиндр освоены в серийном производстве.

Основной проблемой двигателей с впрыскиванием в цилиндр является недостаточное качество распыливания, а при впрыскивании в форкамеру еще и увеличение поверхности камеры сгорания, повышенные потери в охлаждающую среду и увеличение выброса СН. Поэтому большинство данных систем находится в стадии экспериментальных разработок.

Широкое распространение в современных двигателях получили системы впрыскивания на впускной клапан или во впускной канал. Системы распределенного впрыскивания топлива с электронным блоком управления по сравнению с карбюраторной системой питания и центральным впрыском имеют следующие преимущества: возможность существенно улучшить наполнение двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала, а следовательно, и за счет равномерного распределения смеси по цилиндрам, исключения подогрева смеси, применение инерционного наддува (без нагнетателя), что приводит к росту мощностных показателей (на 30-40%). Кроме того, одновременно удается добиться оптимальных показателей на всех рабочих режимах, стабилизировать регулировочные параметры в процессе эксплуатации в различных климатических условиях, сделать менее жесткими (из-за снижения температуры заряда при испарении топливных капель в цилиндре) требования к октановому числу топлива. Наибольшего эффекта удается добиться за счет практически мгновенного изменения цикловой подачи топлива по заданной программе и отсутствия топливной пленки во впускном трубопроводе во время разгона при переходе на режим торможения двигателем, избавления от влияния приливно-отливных явлений при разгоне и прохождении поворотов с повышенными скоростями, во время прогрева двигателя и т.д. Значительное улучшение динамических качеств автомобиля обеспечивается на двигателях с принудительным наддувом (с механическим приводом) в сочетании с системой впрыскивания (особенно при эксплуатации в горных условиях).

В большинстве систем управления составом смеси используется комплект, состоящий из следующих датчиков: атмосферного давления, температуры окружающего воздуха, вакуума во впускном трубопроводе, положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, кислородного анализатора в выпускном трубопроводе. Для обогащения состава смеси на время разгона при переходе на мощностной состав на режимах полных нагрузок или для отключения подачи топлива при торможении двигателем применяется датчик положения дроссельной заслонки, установленный в дроссельном узле.

Заданная программой частота вращения коленчатого вала на холостом ходу поддерживается при помощи регулятора холостого хода в байпасном канале, обходящем дроссельную заслонку. Существует много вариантов регуляторов холостого хода: с клапаном, перемещаемым в осевом направлении шаговым двигателем, с коническим или цилиндрическим шибером, управляемым коллекторным двигателем.

Данные системы обеспечивают также повышение частоты вращения коленчатого вала на режиме прогрева и стабилизацию заданной величины частоты вращения при прогретом двигателе независимо от состава смеси и внутренних потерь двигателя, зависящих от вязкости масла, степени обкатки и др.

Основной проблемой в процессе эксплуатации двигателей с впрыскиванием бензина является очистка топлива от посторонних примесей и, особенно, воды. Во многих странах существуют специальные колонки для заправки автомобилей с впрыскиванием топлива, в которых происходит особо тщательная очистка горючего за счет длительного отстоя и фильтрации, исключающих попадание воды в систему.

Если в карбюраторных двигателях <водяная> заправка обычно заканчивается промывкой и продувкой системы топливоотдачи и цилиндров, то в двигателях с впрыскиванием бензина последствия могут быть гораздо более серьезными - вплоть до замены двигателя и топливоподающей аппаратуры. Замерзшая в топливном насосе и фильтре вода приводит к разрыву их корпусов. Мелкораспыленная вода, попавшая в цилиндр, конденсируется тонким слоем на поверхности. На двигатель со снятой головкой страшно смотреть - ровный яркий слой ржавчины на зеркале цилиндра и риски от задира, заросшие лохматой бурой "капустой" клапана. Если снять слой ржавчины, то на зеркале цилиндра сразу станут заметны черные пятна от коррозии. Конечно, после попадания воды приходится тщательно промывать всю систему топливоподачи, менять форсунки, элементы фильтра и т.д. Но и это еще полбеды. В некоторых системах впрыскивания при попытке пуска двигателя любыми средствами, например, буксировкой, цилиндр заполняется водой с бензином, возникает гидравлический удар, в результате которого ломаются поршневые кольца и пробивается поршень, лопается цилиндр или гильза.

Таким образом, исходя из проведённого анализа считаю, целесообразным применение на проектируемом автомобиле, бензинового двигателя с распределённым впрыском топлива.

2. Конструкторский раздел

2.1 Тягово-динамический расчёт

Расчет внешних скоростных характеристик двигателя (ВСХ)

Начальные условия и исходные величины:

Температура окружающей среды t = 15C;

Барометрическое давление H₀ = 740 мм рт. столба, т.е. t и H₀ - норма;

N_emax - максимальная эффективная мощность двигателя, кВт;

n_eN - частота вращения коленчатого вала при максимальной эффективной мощности двигателя, мин-¹.

a,b,c - константы Лейдермана.

g_emin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*час.

К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:

N_e,M_e, g_e=f(n_e),

где: N_e - эффективная мощность двигателя, кВт;

M_e - эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м;

g_e - удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч;

n_e - частота вращения коленчатого вала ДВС, мин^-1.

Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала

Известно, что в рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от n_emin до n_emax, при этом:

для автомобильных бензиновых:

n_emin = 600 - 1200 мин^-1;

n_emax = (1.03-1.08) n_eN мин^-1.

Принимаем:

n_emin = n_e1 = n_xx = 1000 мин^-1 ;

n_emax = 1.05* n_eN n_emax = n_e7 = 7200 мин^-1

Разбиваем диапазон:

n_e1 = 1000

n_e2 = 2000

n_e3 = 3000

n_e4 = 4000

n_e5 = 5000

n_e6 = 6000

n_e7 = 7200

Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов

Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:

N_ei = N_emax[a+ b- c], кВт

где: N_ei - текущее значение эффективной мощности, кВт

n_ei - текущее значение частоты вращения коленчатого вала, мин^-1.

n_ei изменяется в диапазоне от n_emin до n_emax

i = 1, 2, 3 . . . - номера расчётных точек.

i = 1 . . . 7;

n_emin = n_eхх (холостой ход).

a, b, c - коэффициенты (константы Лейдермана), зависящие от конструкции ДВС.

Для бензиновых двигателей: a = 1; b = 1; c = 1;

Определение эффективного крутящего момента

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:

M_ei=9550*N_ei/n_ei, Н*м

Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива

Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:

g_ei=К_g*g_emin*(A - B+C), г/кВт*час

где: g_emin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*час;

n_ei изменяется в диапазоне от n_emin до n_emax

А,В,С - коэффициенты, характеризующие конструктивные особенности двигателя:

для бензиновых

g_emin = 260 ... 360 г/кВт*час,

по заданию

g_emin = 256 г/кВт*ч;

А=1.3 В=0.85 С=0.6

К_g - коэффициент, учитывающий равномерность горения заряда топлива

для дизелей

K_g = 0.995

Результаты расчетов сводятся в Таблицу I и по ним строятся графики зависимостей

N_e, M_e, g_e = f (n_e)

Таблица 1

i	1	2	3	4	5	6	7
ne	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7200
Ne	15.37	33	50.62	66	76.87	81	73.78
Me	146	157	161	157	146	129	98
ge	298	276	261	255	258	267	291

Определение коэффициента приспособляемости двигателя

При росте внешнего сопротивления движению автомобиля, падают обороты двигателя (идет потеря скорости движения автомобиля в целом) при одновременном возрастании момента по ВСХ, от M_ei до M_emax.

Если момент сопротивления на колесах (с учетом КПД трансмиссии и номера выбранной передачи, т.е. величины передаточного отношения) превысит эффективный крутящий момент двигателя, то произойдет его остановка а значит и потеря подвижности автомобилем. Чтобы этого не произошло, необходимо увеличить крутящий момент на тяговых колесах путем переключения на пониженную передачу (ввести большее передаточное отношение в коробке передач).

Следовательно, коэффициент приспособляемости двигателя к изменяющимся дорожным условиям (при движении автомобиля), устанавливает границы возможного движения без переключения передачи и определяется зависимостью:

K_e = M_emax/M_eN ,

где: M_emax - максимальный эффективный момент двигателя,

M_eN - момент на валу двигателя при максимальной мощности.

M_emax = M_e4 = 161 H*м

M_eN = M_e8 = 129 Н*м

K_e = 1,25

Коэффициент приспособляемости бензиновых двигателей имеет следующие диапазоны значений:

K_e = 1.15 ... 1.28

Полученный коэффициент приспособляемости удовлетворяет данному диапазону.

Расчёт силовых и тяговых характеристик проектируемого автомобиля

Тягово-динамический расчёт автомобиля выполняется при условии, что определены все исходные параметры автомобиля и, в частности, известны передаточные отношения: по ступеням коробки передач, по ступеням раздаточной коробки и главной передачи.

Силовые составляющие и тяговый баланс автомобиля

Целью силового расчёта автомобиля является определение возможности реализации силы тяги, развиваемой ведущими колёсами автомобиля при заданных условиях, для достижения максимальной скорости.

Из “Теории автомобиля” [1,6] известно, что уравнение движения автомобиля (в общем случае) имеет вид:

P_kni = P_fni + P_wni + P_ni + P_jni + P_кр, кН

где: P_fni - сила сопротивления качению, Н;

P_wni - сила лобового (аэродинамического) сопротивления, Н;

P_ni - сила сопротивления подъёму, Н;

P_ni = G_a*sin , Н

- угол подъёма профиля дороги в градусах;

P_jni - сила инерции автомобиля, Н;

G_a = m_a*g

g = 9.81 м/с²

G_a = 14715 Н

P_jni = j_niврn, Н

_врn - коэффициент учета вращающихся масс двигателя, деталей

трансмиссии и колёс автомобиля на n^-ом номере передачи в КП;

j_ni - линейное ускорение автомобиля в м/с²;

G_a, g - те же, что и выше;

P_кр - крюковая нагрузка, приложенная к автомобилю (прицеп и т.д.);

n - номер передачи в трансмиссии автомобиля;

i - номер расчётнной точки.

При расчёте силовых составляющих обычно полагают, что:

1. Автомобиль движется по горизонтальной опорной поверхности высокого качества, т.е, =0, а значит, в соответствии с формулой (13) P _ni = 0.

2. Опорная поверхность (дорога) высокого качества (асфальт, бетон), что предопределяет условие - f_o = f_omin.

3. Эффективная мощность и крутящий момент двигателя (в расчётных точках) принимаются по ВСХ, т.е. полной подаче топлива (дизели).

4. Автомобиль в каждой расчетной точке движется с постоянной скоростью - V_ani = const. Тогда следует, что P_jni = 0, т.к. j_ni= 0.

5. Автомобиль работает без крюковой нагрузки, т.е. P_кр = 0.

6. Параметры окружающей среды - стабильны, т.е. K_w = const.

7. КПД трансмиссии на всех передачах - постоянно, т.е. _тр = const.

8. Радиусы качения всех колес одинаковые, и не изменяются во всём диапазоне скоростей движения автомобиля, т.е. r_к = const.

Тяговая характеристика автомобиля

Тяговая характеристика автомобиля строится по результатам аналитического расчёта сил тяги, развиваемых ведущими колёсами - P_кni, для ряда выбранных значений кинематической скорости - V_ani.

Сила тяги определится из зависимости:

P_кni = M_ei*U_трn*_тр/r_к , Н

Текущее значение кинематической скорости на n^-ой передаче рассчитывается по уравнению:

V_ani = 0.377* r_к *n_ei/U_трn, км/ч

где: M_ei - текущее значение крутящего момента двигателя в i^-ой расчётной точке (берётся из ВСХ) в Нм;

n_ei - частота вращения вала двигателя в i^-ой расчётной точке в мин^-1;

r_к - радиус качения шины (в метрах)

U_трn - передаточное отношение трансмиссии на n^-ом номере передач в каждом из агрегатов;

U_трn = U_0n*U_n

где: U_0n - передаточное отношение главной передачи (ГП). Обычно, главные передачи односкоростные (одноступенчатые). Если это так, то принимают

U_0n = U₀ = 3.7

U_n - передаточное отношение в коробке передач на n^-ой передаче;

U_тр1 = 13.468 U_тр2 = 7.215 U_тр3 = 5.032 U_тр4 = 3.478

U_тр5 = 2.886

Силы внешних сопротивлений

Обычно к силам внешних сопротивлений при расчёте силового баланса автомобиля относят: силы сопротивления качению шин автомобиля (P_fni) и силу лобового (аэродинамического) сопротивления площади его кузова.

Исходя из (4), сила сопротивления качению определяется зависимостью:

P_fni = G_a*f_ni = G_a*f_o, Н

где: f_ni - текущее значение коэффициента сопротивления качению при движении автомобиля на n^-ой передаче со скоростью V_ani (в км/час) в i^-ой расчётной точке.

Исходя из (5), сила лобового (аэродинамического) сопротивления (при V_an в км/час) рассчитывается по формуле:

P_wni = K_w*F_a*, Н

Полагая, что на автомобиль со стороны дороги и окружающей среды действуют только силы P_fni и P_wni, тогда получим суммарную силу внешних сопротивлений:

P_ni =P_fni + P_wni , Н

Силовой баланс автомобиля

Движение автомобиля, при нарастании скорости, будет ограничено силами внешних сопротивлений.

P_кni = P_fni + P_wni = P_ni , Н

Это выражение называется уравнением силового баланса и оно характерно тем, что в точке P_кni = P_ni автомобиль развивает максимальную возможную скорость - V_{а Р} (по реализуемой силе тяги) с учётом всех принятых выше ограничений.

- если P_кni > P_ni, то движение возможно,

- если P_кni < P_ni, движение автомобиля исключено.

Следует учесть и то, что V_{а Р} = V_{а max} не равно максимальной кинематической скорости - V_{а nimax} при n_emax, т.к. при расчёте последней не учтены внутренние и внешние потери. Результаты расчетов сводятся в Таблицу 2 и по ним строятся графики зависимостей P_кni(V_ani),P_fni(V_ani),P_wni(V_ani), P_ni(V_ani).

Таблица 2

i	1	2	3	4	5	6	7
ne	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7200
Me	146	157	161	157	146	129	98
Передача I, передаточное отношение трансмиссии Uтр1 = 13.468
VaI	8	16	24	32	40	48	57.6
PkI	6.41	6.9	7	6.9	6.41	5.6	4.3
PfI	0.125	0.126	0.128	0.131	0.135	0.139	0.145
PwI	0.003	0.011	0.026	0.047	0.073	0.1	0.15
PI	0.127	0.138	0.155	0.178	0.208	0.245	0.298
Передача II, передаточное отношение трансмиссии Uтр2 = 7.215
VaII	15	30	45	60	75	90	108
PkII	3.4	3.7	3.8	3.7	3.44	3	2.3
PfII	0.126	0.13	0.137	0.147	0.16	0.175	0.198
PwII	0.01	0.04	0.09	0.166	0.259	0.373	0.538
PII	0.136	0.172	0.231	0.316	0.419	0.549	0.736
Передача III, передаточное отношение трансмиссии Uтр3 = 5.032
VaIII	21	43	64	86	107	129	154
PkIII	2.4	2.58	2.64	2.58	2.4	2.1	1.6
PfIII	0.128	0.136	0.150	0.171	0.197	0.228	0.273
PwIII	0.021	0.085	0.19	0.340	0.531	0.764	1.094
PIII	0.149	0.221	0.341	0.510	0.728	0.993	1.367
Передача IV, передаточное отношение трансмиссии Uтр4 = 3.478
VaIV	31	62	93	124	155	186	223
PkIV	1.65	1.78	1.82	1.78	1.65	1.45	1.11
PfIV	0.130	0.148	0.176	0.221	0.275	0.341	0.437
PwIV	0.044	0.177	0.400	0.709	1.108	1.596	2.295
PIV	0.175	0.325	0.575	0.930	1.383	1.937	2.732
Передача V, передаточное отношение трансмиссии Uтр5 = 2.886
VaV	37	75	112	150	187	224	269
PkV	1.37	1.48	1.52	1.48	1.37	1.2	0.92
PfV	0.133	0.160	0.203	0.265	0.343	0.438	0.577
PwV	0.064	0.258	0.581	1.038	1.613	2.315	3.4
PV	0.198	0.418	0.784	1.303	1.956	2.753	3.9

В точке P_кni = P_ni будет выполняться силовой баланс.

Cиловой баланс находится на пересечении регуляторной ветви с кривой суммарной силы внешних сопротивлений

В точке пересечения графиков P_кni и P_ni - получаем V_{а Р}.

V_{а Р} = 169 км/ч, что достигается на 4-ой передаче.

Мощностные составляющие и мощностной баланс

На практике широко используют оценку энергетических возможностей автомобиля по его мощностным характеристикам, что дает возможность установить запас мощности двигателя по передачам, потери мощности в трансмиссии, реализуемую мощность на движителях (в данном случае на тяговых колесах) и определить максимальную скорость - V_{a N} , по мощностному балансу.

Начальные условия на расчет мощностных составляющих те же, что и в пункте 1.3.1.

Мощность двигателя во всех конкретных расчетных точках всех передач одинакова.

Уравнение мощностного баланса имеет вид:

N_кni = N_eni*_тр = N_ni = N_fni + N_wni, кВт

где: N_eni - эффективная мощность двигателя, кВт.

N_кni - мощность на колесе, кВт.

N_кni = P_кni*V_ani/3600, кВт

Уравнение (1) может быть преобразовано к виду:

N_v = , кВт

При расчете, значение N_eni берется из ВСХ и просчитывается по всем передачам в функции скорости - V_ani.

Все данные расчёта сводятся в таблицу 3 и по ним строятся графические зависимости вида:

N_кni(V_ani),N_eni(V_ani),N_ni(V_ani) = f(V_ani)

По результатам графического решения определяют максимальную скорость по балансу мощности - V_{a N} - максимальная скорость автомобиля, которую он может развить при заданной мощности двигателя и потерь на внешнее сопротивление.

Таблица 3

i	1	2	3	4	5	6	7
ne	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7200
Передача I, передаточное отношение трансмиссии Uтр1 = 13.468
VaI	8	16	24	32	40	48	57.6
NkI	14.44	31	47	62	72	76	69
NeI	15.37	32.9	50.58	66	76.81	80.8	73.65
NI	0.284	0.922	1.377	1.984	2.32	3.27	4.78
Передача II, передаточное отношение трансмиссии Uтр2 = 7.215
VaII	15	30	45	60	75	90	108
NkII	14.4	30.8	47	61.3	71	75.3	69
NeII	15.37	33	50.62	66	76.79	81	73.78
NII	0.569	1.43	2.88	5.27	8.74	13.72	22.08
Передача III, передаточное отношение трансмиссии Uтр3 = 5.032
VaIII	21	43	64	86	107	129	154
NkIII	14.4	30.8	47.3	61.4	71	75	69
NeIII	15.37	33	50.62	66	76.87	80.9	73.78
NIII	0.888	2.649	6.06	12.04	21.7	35.5	58.47
Передача IV, передаточное отношение трансмиссии Uтр4 = 3.478
VaIV	31	62	93	124	155	186	223
NkIV	14.4	30.8	47.2	61.5	71	75	68.9
NeIV	15.37	32.8	50.57	66	76.87	80.8	73.67
NIV	1.5	5.6	14.9	32	59	100	169
Передача V, передаточное отношение трансмиссии Uтр5 = 2.886
VaV	37	75	112	150	187	224	269
NkV	14.4	30.8	47.2	61	71	74.9	69
NeV	15.37	33	50.54	66	76.78	81	73.69
NV	2	8.6	24.4	54	101	171	292

В точке N_кni=N_ni будет выполняться баланс по мощности

Мощностной баланс находится на пересечении регуляторной ветви с кривой

N_ni= f(V_ani)

V_{a N} = 169 км/ч, что достигается на 4-ой передаче

Динамические показатели автомобиля

Под динамическими показателями автомобиля обычно понимают составляющие динамического фактора и ускорения, которые они имеют в заданном силовом и скоростном диапазонах.

Динамический фактор, это безразмерная характеристика автомобиля, показывающая свободную силу тяги автомобиля, которая может расходоваться на преодоление возросшего дорожного сопротивления и ускорение. Он позволяет:

- производить сравнение тяговых возможностей автомобилей разного назначения и разных классов, независимо от их полной массы, конструкции трансмиссии и ходовой части, типа двигателя и т.д.,

- определять преодолеваемый дорожный подъем на каждой из передач,

- оценить возможности по буксировке различных транспортных средств.

Ускорения, развиваемые автомобилем, позволяют определить:

- безопасный диапазон их значений (не наносящий ущерба здоровью пассажиров и обеспечивающий сохранность грузов) при трогании с места и активном разгоне,

- оптимальные значения ускорений, обеспечивающие заданный темп разгона и сохраняющие установленный срок службы синх...