CC BY
20ПРОБЛЕМЫ КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ И ОКЕАНОТЕХНИКИ
УДК 621.43
1 12 1 13
Л.А. Захаров , А.Н. Тарасов ' , И.Л. Захаров , А.В. Дегтярев '
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АТМОСФЕРНЫХ ПОРШНЕВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОПЫТА
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева1, ООО «Объединенный инженерный центр» ОАО ГАЗ , ОАО «ЦКБ по СПК им. Р. Е. Алексеева» 3
Рассматривается концепция инженерных решений в комплектации брутто рядных четырехцилиндровых «атмосферных поршневых двигателей внутреннего сгорания» (АПДВС) первого, второго, третьего и четверного поколений выпускаемых Горьковским автомобильным заводом, Заволжским и Ульяновским моторными заводами. Приводится краткая модернизация инженерных решений для каждого поколения. Особое место модернизации по наивыгоднейшим инженерным решениям было уделено АПДВС четвертого поколения в комплектации транспортного средства (нетто).
Ключевые слова: атмосферный поршневой двигатель внутреннего сгорания (АПДВС), кривошипно-шатунный механизм (КШМ), газораспределительный механизм (ГРМ), органы впуска и выпуска, инженерные решения, подсистема газообмена.
Выбор основных параметров инженерных решений и рабочих процессов бензиновых АПДВС в составе энергетических установок для водного, воздушного, и наземного транспортного средства определяет их наивыгоднейшие технико-экономические показатели.
К технико-экономическим показателям АПДВС относятся:
- термодинамические показатели, полученные в рабочей камере полного объема цилиндра, определялись по расчетной теоретической термодинамической диаграмме и условной цикловой подачей топлива (рис. 1). Основными термодинамическими показателями являются термодинамическая работа рабочего тела за цикл, термодинамическая мощность, термодинамический коэффициент полезного действия, удельный термодинамический расход топлива, литровая (удельная) мощность, цилиндровая (удельная) мощность одного цилиндра за цикл [1-5].
Термодинамическая мощность определяется по формуле
2
-г п ■ D 8 1 „ 1 1 _ /1Ч
Nt =—— S---- Пн ■Рв —Г0н ■ nt-г---й ~, Вт. (1)
4 8-1 а ■Iq m 60
Термодинамический коэффициент полезного действия определяется по формуле
=Ll = Офу.=1-%!=1-_L=1-_L. (2)
U Q Ö1 Q 8n-1 5й-1 V 7
Основными эффективными показателями являются:
• эффективная мощность
© Захаров Л.А., Тарасов А.Н., Захаров И.Л., Дегтярев А.В., 2015.
ы п • D\ 8
Ne =—--S--7 • Пн •Рв'
4
8-1
1 ^ 1 1 „
—Г'qh'Пе 'i---n'—, вт;
а • iQ m 60
• крутящии момент
^к0
N
Mvc\ = 9,55', н^м;
n
• литровая мощность
NeH_ Ре'n
Nл =
i• Va 60 • m
кВт/л;
• мощность одного цилиндра за цикл
N
ц i-V • n
i Va 2
кВт/1ц,ц;
» эффективный коэффициент полезного действия
Пе =
Ne-1000• 3600
(3)
(4)
(5)
(6) (7)
Не' вн
• среднее эффективное давление - степень использования рабочегообъема цилиндра АПДВС за цикл:
Ре = 7Т = Пн• Рв--г--вн-Пе, МПа; (8)
V.
а• in
a а l0
• удельный эффективный расход топлива
ge =
G.
т
N
кг/(кВт^ч) .
(9)
eH
Рис. 1. Схема индикаторной диаграммы работы атмосферного поршневого ДВС
с принудительным воспламенением
Формулы (1)-(9) раскрывают возможные пути получения максимальной энергоотдачи АПДВС. Отсюда представляется важным проанализировать закономерности энергопреобразования в рабочей камере АПДВС и определить перспективные направления повышения его эффективности, индикаторный КПД ( щ ):
= =(й -Q Увт = - Q^, (10)
" Ql Q1 Q1 v У
где Lj - индикаторная работа; Qm - технические потери (неполнота сгорания, теплоотдача от
рабочего тела в стенки рабочей камеры цилиндра, рост теплоемкости рабочего тела, отличие реальной динамики сгорания от закона теплоподвода в термодинамическом цикле, предварение выпуска) - принципиально устранимые потери теплоты.
ГОСТ 14846-91 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» устанавливает понятия «мощность нетто» и «мощность брутто».
Под мощностью нетто понимается мощность, снятая с фланца коленчатого вала АПДВС, изготовленного, отрегулированного и обкатанного в соответствии с техническими условиями на двигатель, при укомплектованности двигателя с серийным оборудованием - вентилятором, кожухом вентилятора, радиатором системы охлаждения, воздухоочистителем, глушителем шума выпуска (комплектующие транспортного средства). Полученные по результатам испытаний значения мощности нетто близко к показателю мощности, измеренному по стандарту DIN.
Мощность брутто - мощность, снятой с фланца коленчатого вала АПДВС, изготовленного, отрегулированного и обкатанного в соответствии с техническими условиями на двигатель (комплектация испытательного моторного стенда). Значение мощности брутто больше мощности нетто из-за разных комплектаций АПДВС: в составе энергетической установки транспортного средства и в составе испытательного моторного стенда.
В рекламной и популярной литературе принято технико-экономические показатели АПДВС приводить в комплектации брутто.
Анализ технико-экономических показателей АПДВС первого, второго, третьего и четвёртого поколений, разработанных и выпускаемых Горьковским автомобильным и Заволжским моторным заводами (табл. 1 - табл. 6 и рис. 2 - рис. 5) показывают: инженерное решение АПДВС второго поколения модели ЗМЗ-21А, Р-4, Vh = 2,445 дм , диаметр цилиндра 92 мм и ход поршня 92 мм была разработана в КЭО ГАЗ.
Перспективное инженерное решение имело верхнее расположение клапанов в головке цилиндров и камеру сгорания с минимальными тепловыми потерями, кинематическую схему КШМ и ГРМ, позволившие обеспечить повышение массового наполнения рабочей камеры цилиндра окислителем и энергоносителем и повысить энергетические и динамические показатели АПДВС второго поколения в 1,47 раза по сравнению с АПДВС первого поколения.
Таблица 1
Двигатель М-20 - первое поколение
Обороты п, мин"1 1000 2000 3000 3800
Мощность Ые, кВт 11,31 25,13 35,50 35,14
Крутящий момент Мкр, Н-м 108,00 120,00 113,00 88,30
Удельный расход топлива ge, г/кВт-ч 390 347 356 400
Часовой расход топлива Gт, кг/ч 4,41 8,72 12,64 14,06
Эффективный КПД це 0,285 0,321 0,312 0,278
Коэффициент избытка воздуха, а 0,85 0,86 0,87 0,88
Коэффициент наполнения, пн 0,476 0,476 0,466 0,414
Литровая мощность N1, кВт/л 4,62 10,27 14,51 14,36
Цикловая мощность Кц, кВт/л-ц 2,31 5,14 7,26 7,18
Таблица 2
Двигатель ЗМЗ-21А - второе поколение
Обороты п, мин"1 1000 2000 3000 4000
Мощность Ые, кВт 15,9 34,9 48,2 51,5
Крутящий моментМкр, Н-м 151,5 166,7 153,4 123
Удельный расход топлива ge, г/кВт-ч 340 321,5 338,5 377
Часовой расход топлива Gт, кг/ч 5,4 11,22 16,31 19,42
Эффективный КПД пе 0,241 0,254 0,242 0,217
Коэффициент избытка воздуха, а 0,85 0,86 0,87 0,88
Коэффициент наполнения, 0,793 0,834 0,818 0,738
Литровая мощность N1, кВт/л 6,49 14,27 19,69 21,05
Цикловая мощность Nц, кВт/л^ц 3,24 7,14 9,85 10,53
Таблица 3
Двигатель ЗМЗ-24-01 - третье поколение
Обороты п, мин"1 1000 2000 3000 4000 4500
Мощность Ые, кВт 15,5 35,4 51 61,5 62,5
Крутящий момент Мкр, Н-м 147,9 169 162,6 146,8 132,5
Удельный расход топлива ge, г/кВт-ч 377 362,9 319,6 356,1 400,6
Часовой расход топлива Gт, кг/ч 5,84 12,77 15,75 21,89 25,04
Эффективный КПД пе 0,217 0,225 0,256 0,230 0,204
Коэффициент избытка воздуха, а 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89
Коэффициент наполнения, п 0,858 0,949 0,790 0,833 0,846
Литровая мощность N1, кВт/л 6,33 14,39 20,14 25,14 25,55
Цикловая мощность Иц, кВт/л-ц 3,17 7,19 10,07 12,57 12,77
Таблица 4
Двигатель ЗМЗ-4021.10 - четвертое поколение
Обороты п, мин"1 1000 2000 3000 4000 4500
Мощность Ые, кВт 14,4 34,7 52,8 64,6 66,2
Крутящий момент Мкр, Н-м 137 165,5 168 154,2 140,5
Удельный расход топлива ge, г/кВт-ч 356,6 298,7 294 314,2 340,8
Часовой расход топлива Gт, кг/ч 5,12 10,35 15,5 20,3 22,6
Эффективный КПД пе 0,229 0,274 0,278 0,260 0,240
Коэффициент избытка воздуха, а 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89
Коэффициент наполнения, п 0,752 0,769 0,778 0,772 0,763
Литровая мощность кВт/л 5,86 14,16 21,58 26,4 27,06
Цикловая мощность Ыц, кВт/л-ц 2,93 7,08 10,79 13,2 13,53
Таблица 5
Технико-экономические показатели АПДВС
Оценочные показатели Поколение П ДВС
Первое Второе Третье Четвертое
Номинальная мощность кВт, при п= мин-1 и % улучш. кВт 35,14 51,5 62,5 66,2
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 146,5 176 188
Максималь ный крутящий момент, при п= мин-1 и % улучш. Нм 120 166,7 169 171
-1 мин 2000 2000 2000 2500
% 100 138,9 148 142,5
Удельный расход топлива на номинальной мощности, при п= мин-1 и % улучш. г кВт • ч 400 377 356 340,8
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 94,3 89,0 85,2
Эффективный КПД при номинальной мощности и % улучш. кпд 0,204 0,217 0,224 0,240
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 106,4 109,8 117,6
Коэффициент наполнения на номинальной мощности и % улучш. Пн 0,414 0,752 0,763 0,88
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 181,6 184,3 212,6
Литровая мощность при номинальной мощности и % улучш. кВт л 14,36 21,05 25,55 27,06
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 146,6 177,9 188,4
Цикловая мощность при номинальной мощности и % улучш. кВт л.ц 7,18 10,53 12,77 13,53
-1 мин 3800 4000 4500 4500
% 100 146,7 177,9 188,4
Таблица 6
Сравнение АПДВС четвертого поколения в комплектации брутто и нетто
Параметры АПДВС Комплектация АПД (ВС ЗМЗ-4021.10
брутто нетто
1 2 3
Номинальная мощность, кВт, при п мин-1 66,18 4250 55,15 4250
100 % 83,33 %
Максимальный крутящий момент, Н-м, при п мин-1 166,8 3000 155,98 300
100 % 93,53 %
Удельный расход топлива на режиме номинальной мощности, г/(кВт-ч) , при п=4250 мин-1 378 403
100 % 115,63 %
Эффективный КПД на режиме номинальной мощности, при п=4250 мин-1 0,235 0,203
100 % 86,36 %
Окончание табл. 6
1 2 3
Литровая мощность двигателя на режиме номинальной мощности, , кВт/дм3, при п=4250 мин"1 27,07 22,56
100 % 83,33 %
Коэффициент наполнения на режиме номинальной мощности, при п=4250 мин"1 0,793 0,768
100 % 96,522 %
Степень сжатия 6,7 6,7
Применяемое топливо А-76 А-76
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм 92х92 92х92
Рис. 2. Графики изменения мощности по внешней скоростной характеристике в комплектации ПДВС «брутто» для четырех поколений двигателей
Рис. 3. Графики изменения крутящего момента по внешней скоростной характеристике в комплектации ПДВС «брутто» для четырех поколений двигателей
Рис. 4. Графики изменения коэффициента полезного действия по внешней скоростной характеристике в комплектации ПДВС «брутто» для четырех поколений двигателей
Рис. 5. Графики изменения удельного расхода топлива по внешней скоростной характеристике в комплектации ПДВС «брутто» для четырех поколений двигателей
Создание АПДВС третьего поколения - задача «заводская - межзаводская - отраслевая - межотраслевая и государственная». Поэтому без остановки производства взамен двигателя второго поколения модели ЗМЗ - 21А был поставлен новый перспективный ПДВС третьего поколения модель ЗМЗ - 24. На анализе отечественного и зарубежного опыта эксплуатации, ремонта и производства АПДВС первого и второго поколений специалистами КЭО ГАЗ было разработано инженерное решение АПДВС модели ЗМЗ-24, на ЗМЗ была проведена техническая подготовка производства, и в 1967 году родился первый АПДВС модели
ЗМЗ-24. Массовое производство началось с 1970 года (табл.3). АПДВС модели ЗМЗ-24 сохранил основные геометрические характеристики двигателя второго поколения ЗМЗ-21А (Р-4, Vh=2,445 дм3, диаметр цилиндра 92 мм и ход поршня 92 мм, степень сжатия 6,7), технико-экономические показатели его были повышены за счет совершенствования рабочих процессов и снижения механических потерь.
Это было достигнуто рациональными инженерными решениями путем теоретических и экспериментальных исследований и анализа отечественного опыта эксплуатации, ремонта и производства АПДВС первого и второго поколений. Были внедрены следующие рациональные инженерные решения:
- алюминиевый блок, отлитый методом высокого давления, разъем блока цилиндров с масляным картером, расположенным на 75 мм ниже оси коленчатого вала с целью повышения жесткости блока цилиндров;
- КШМ ^ чугунные крышки коренных подшипников с стале-аллюминиевыми подшипниками скольжения (вместо баббитовых); чугунный коленчатый вал с демпфером крутильных колебаний и маховиком с зубчатым венцом; шатун с большой разъемной головкой, стале-аллюминиевыми подшипниками скольжения (вместо баббитовых) и деталей крепления; малая головка шатуна с подшипником скольжения и каналом смазки; поршневой палец с деталями крепления; поршень с вертикальным бочкообразным (вместо конусообразного) профилем и горизонтальным овальным профилем юбки поршня без Т-образного разреза; компрессионных поршневых колец высотой 2 мм (вместо 2,5 мм); съемная чугунная с износостойкой вставкой гильза с нижним креплением; головка цилиндров с камерой сгорания, с увеличенными впускными и выпускными отверстиями, с медно-асбестовой прокладкой толщиной 2,35 мм между цилиндром и головкой цилиндра с деталями крепления;
- ГРМ ^ с нижним расположением распределительного вала из стали Ст45 (вместо стали Ст40), с увеличенными тарелками впускного и выпускного клапанов и увеличен их ход, две пружины на клапане, позволившими увеличить частоту вращения распределительного вала с 2000 до 2250 мин-1;
- улучшены органы впуска - двухкамерный карбюратор К-126Г (вместо однокамерного К-105), индивидуальные впускные трубопроводы для каждого цилиндра с увеличенным проходным сечением и уменьшенными гидравлическими потерями;
- улучшены органы выпуска - увеличенным проходным сечением трубопроводов и уменьшенными гидравлическими потерями подсистемы газообмена;
- улучшены рабочие органы подсистем смазки, охлаждения, топливоподачи с увеличением их расходных характеристик;
- освоена и внедрена замкнутая подсистема вентиляции картера, а также введен контроль токсичности отработавших газов в эксплуатации.
Были внедрены и другие усовершенствованные инженерные решения, позволившие улучшить технико-экономические показатели АПДВС третьего поколения модели ЗМЗ-24-01 в 1,78 раза по сравнению с АПДВС первого поколения модели ГАЗ-20.
Результаты проведенного анализа опыта эксплуатации, ремонта и производства АПДВС первого и второго и третьего поколений позволили провести модернизацию АПДВС третьего поколения с новыми технико-экономическими показателями. В результате внедренных инженерных решений в 1992 году родился ПДВС четвертого поколения модели ЗМЗ-4021. Модернизация АПДВС модели ЗМЗ-24-01 выполнена специалистами инженерных служб ОАО «ЗМЗ». К основным инженерным решениям АПДВС четвертого поколения модели ЗМЗ-4021 следует отнести:
- алюминиевый блок, отлитый методом кокильного литья, позволил улучшить его жесткость;
- КШМ был модернизирован вставной гильзой из легированного чугуна с верхним креплением и нижним уплотнением двумя резиновыми сальниками; введены шпильки М12 (вместо М11) для улучшения уплотнения медно-асбестовой прокладкой, расположенной между цилиндром двигателя и головкой цилиндров с повышенным моментом затяжки;
- настроенные органы впуска и выпуска отработавших газов из цилиндра с уменьшенными гидравлическими потерями обеспечели повышение номинальной мощности;
- улучшены органы впуска, карбюратор К-151 (вместо К-126Г) с увеличенными проходными сечениями и антитоксичные органы уменьшили токсичность отработавших газов.
Технико-экономические показатели АПДВС четвертого поколения модели ЗМЗ-4021 значительно улучшены и превосходят в 1,88 раза технико-экономические показатели АПДВС первого поколения модели ГАЗ-20.
Анализ отечественного опыта эксплуатации, ремонта и производства показал, что АПДВС в комплектации нетто имеет технико-экономические показатели на 10.. .17% ниже по сравнению с комплектацией «брутто» (табл. 6) а:
- большой прорыв картерных газов;
- низкий коэффициент наполнения;
- изменение степени сжатия в процессе эксплуатации АПДВС;
- неполнота сгорания энергоносителя в рабочей камере цилиндра;
- отсутствие настройки органов впуска и выпуска подсистемы газообмена;
- выход из строя деталей КШМ (задиры юбки и головки поршня из-за недостаточного диаметрального зазора, неуравновешенности поршня и его перегрев).
В качестве примера используем материалы, приведенные в специальной литературе при эксплуатации ПДВС в составе транспортного средства.
ч йй ж ЕЙ 11
Рис. 6. Фрикционный износ юбки поршня
На рис. 6 изображена юбка поршня с сильным фрикционным износом со следами заедания со стороны как высокого, так и низкого давления. Эти места выглядят глянцевыми, как будто отполированными, и концентрируются, главным образом, по направлению к нижнему краю юбки. Пояс колец и кольца поршня - в хорошем состоянии.
При механической обработке поршня придан такой профиль, что при рабочей температуре юбка опирается на стенку цилиндра по всей длине. Если, например, заедание начинается от края юбки и происходит по обеим несущим сторонам (высокого и низкого давления), то из этого можно сделать вывод, что зазоры при сборке были слишком малыми. Такие повреждения случаются после непродолжительной эксплуатации, поскольку тепловому расширению препятствуют недостаточные зазоры. Причиной недостаточных зазоров может быть перегрев двигателя из-за дефекта системы охлаждения (недостаток воды, неисправный клапан радиатора). Если охлаждение холодной водой происходит слишком быстро, это также может быть причиной недостаточных зазоров, поскольку цилиндр быстро сжимается из-за чрезмерной скорости охлаждения, в то время как поршень остается горячим. Если следы заедания распределены неравномерно по периферии поршня причиной заедания поршня может быть деформация цилиндра. Также показателями этого являются локальные полированные зоны («блестящие пятна»). В этом случае диаметр отверстия цилиндра после переборки двигателя оставлен слишком малым.
Для предотвращения данного износа должны быть выдержаны точные размеры ци-линдропоршневой группы. Пользуясь размерами диаметра юбки и зазоров, приведенными на
головке поршня, можно вычислить точный диаметр цилиндра, который необходимо проверить перед установкой поршня.
в) г)
Рис. 7. Оплавление головки поршня и его поверхностей
На рис. 7 изображены: а - верхеняя поверхность частично оплавлена над вставкой колец; б - продолжение процесса оплавления по всей головки поршня (в обоих случаях вставка колец разрушена); в - головка поршня имеет оплавление, начинающееся от края камеры сгорания и кромки головки; г - головка и верхняя поверхность полностью разрушены.
Несгоревшее топливо из-за запаздывания зажигания и нарушений искры осаждается в зазоре между поршнем и цилиндром. С одной стороны, это приводит к повышенному износу колец, с другой стороны, накопленное топливо возгорается без контроля. Местами создается температура, превышающая температуру плавления материала поршня. Впоследствии оплавления головки поршня, показанные на рис. 7, а, б, могут привести к полному разрушению поршня рис.7, г. Причинами неправильного сгорания являются слишком низкая компрессия (вследствие износа, большого зазора или неправильного выбора угла опережения зажигания), нарушения устройств подачи топлива (форсунки, забитые углеродистыми отложениями, или излишнее количество вспрыскиваемого топлива в цилиндр). Оплавление краев камеры сгорания и кромки головки поршня (рис.7, в) можно объяснить излишним количеством вспрыскиваемого топлива. Поврежденные форсунки или несвоевременное срабатывание насоса инжектора (для повышения эффективности) приводят к превышению температуры.
Для предотвращения данных повреждений необходимо точно рассчитать необходимое количество топлива впрыскиваемого в цилиндр двигателя, правильно определить и выставить угол опережения впрыскивания топлива. Обеспечить рекомендуемый зазор между поршнем и цилиндром.
Особое место в работе занимает выбор инженерных решений по повышению технико-экономических показателей АПДВС в комплектации нетто, до уровня и выше, в комплектации брутто, приведенным выше:
1. Инженерное решение по уменьшению прорыва картерных газов.
Таблица 7
Расход картерных газов по внешней скоростной характеристике серийного АПДВС
п, мин-1 1000 2000 3000 4000 4250
Укг, л/мин ± 40,5 41,2 42,4 44,3 45,1
Укг, м3/1ц,цикл ± 0,0000405 0,0000206 0,0000141 0,0000111 0,0000106
Причиной большого прорыва горючей смеси и отработавших газов в картер и обратно в цилиндр из-за недостаточного уплотнения рабочей камеры цилиндра (нарушение геометрии гильзы цилиндра, поршня и поршневых колец от механических и тепловых нагрузок). Для устранения недостатков выполнили инженерное решение (ввели буртик в нижней части гильзы цилиндра и обеспечили геометрию цилиндра, а также заменили поршень литой на штампованный с бочкообразным профилем на головке и юбке поршня и уменьшили до 3 мм жаровый пояс цилиндра).
Эти мероприятия позволили уменьшить в три раза прорыв горючей смеси и отработавших газов из рабочей камеры цилиндра в картер двигателя и обратно, прорыв картерной смеси из картера двигателя в рабочую камеру цилиндра.
2. Инженерное решение по настройке органов впуска и выпуска подсистемы газообмена для повышения коэффициента наполнения и обеспечения вращательного движения горючей смеси вдоль и вокруг продольной оси цилиндра для качественного смесеобразования и быстрого сгорания паров топлива. При этом, на режиме номинальной мощности для АПДВС четвертого поколения продолжительность газообмена составило 50+180+180+64=474° п.к.в. По результатам расчета: предварение выпуска было увеличено и составило 720 п.к.в. до прихода поршня в НМТ. При свободном выпуске 60% массы отработавших газов с давлением 0,4...0,5 МПа и со скоростью 500...720 м/с вытекает из рабочей камеры цилиндра в органы выпуска и резко снижает свое давление до атмосферного, потери работы выпуска уменьшаются и при принудительном выпуске 40% массы оставшихся в рабочей камере цилиндра отработавших газов со скоростью 90 м/с вытесняется в органы выпуска с минимальными гидравлическими сопротивлениями. Расчетно-экспериментальным методом была определена продолжительность дозарядки цилиндра в процессе наполнения, которая составила 680 п.к.в. после прохода поршнем НМТ при закрытии впускного отверстия. Продолжительность газообмена увеличилась 72+180+180+68=5000 п.к.в. на 5,2%.
Особое место в работе занимает выбор длины впускного трубопровода. Теоретический расчет был выполнен программным обеспечением «Альбея» в САПР ДВС. Методика расчета включает:
• режиме номинальной мощности выбирается определяющий (гидравлический) диаметр горловины отверстия;
• в режиме максимального крутящего момента была выбрана длина впускного канала в
I I
относительных единицах ь =— = 26, допускается — = 18... 23.
ёг йг
3. Инженерное решение по изменению степени сжатия в процессе эксплуатации АПДВС относятся к уплотнению рабочей камеры цилиндра между цилиндром и головкой цилиндров медно-асбестовой прокладки толщиной 2,35 мм. В процессе эксплуатации толщина ее постепенно уменьшалась до 1,5 мм. Изменение толщины прокладки уменьшила полный объем цилиндра, объем камеры сжатия, степень сжатия и тепловой зазор ГРМ, что привело к нарушению герметичности рабочей камеры цилиндра, а степень сжатия увеличилась с 6,7 до 7,0, т.е на 4,5%, нарушился рабочий цикл АПДВС. Анализ и синтез потребовал нового инженерного решения: медно-асбестовая прокладка была заменена металлической из мягкого алюминия толщиной 2 мм, позволившая улучшить тепловое состояние головки цилиндров и стенок цилиндра, жаровый пояс поршня на 1 мм вышел из цилиндра, что позволило улучшить процессе смесеобразования и сгорания.
Выполненные инженерные решения позволили модернизировать АПДВС четвертого поколения и улучшить технико-экономические показатели на 10.17% и получить АПДВС
имеющий одинаковые технические характеристики, как в комплектации брутто, так и в комплектации нетто.
Библиографический список
1. Минеев, А.М. Двигатели Заволжского моторного завода. Создание и развитие конструкций, технологий и производства 1958-1998 гг. / А.М. Минеев [и др.]// ОАО Заволжский моторный завод. - Н. Новгород, 1998.
2. Захаров, Л.А. Метод оценки термодинамических показателей поршневого двигателя работающего по циклу Отто на ранней стадии проектирования / Л.А. Захаров, И.Л. Захаров, А Н. Тарасов // Журнал ААИ, 2011. №2(67). С. 42-47.
3. Захаров, Л.А. Современный поршневой ДВС с перспективными энергетическими, экономическим и экологическими показателями, получаемыми за счет повышения внутренней энергии рабочего тела/ Л.А. Захаров [и др.] // Журнал ААИ. 2013. №2(79). С. 14-20.
4. Захаров, Л.А. Совершенствование термодинамических показателей поршневого двигателя, работающего по гибридному циклу/ Л.А. Захаров [и др.] // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева / НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2011. № 1 (86). С. 174-184.
5. Захаров, Л.А. Исследование и расчет термодинамических показателей поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, методом технической термодинамики: метод. указ. / сост.: Л.А. Захаров [и др.]; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2010. - 33 с.
Дата поступления в редакцию 09.04.2015
L.A. Zakharov1, A.N. Tarasov1'2, I.L. Zakharov1, A.V. Degtyarev1'3
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL STUDIES TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS ATMOSPHERIC INTERNAL COMBUSTION PISTON ENGINE AND ANALYSIS OF DOMESTIC EXPERIENCE
Nizhny Novgorod state technical university n.a. R.E. Alexeev1,
LLC "Joint Engineering Centre" JSC GAZ2, ALEXEEV'S CENTRAL HYDROFOIL DESIGN BUREAU3
The concept of engineering solutions in a complete set of gross inline four-cylinder "atmospheric piston engine" (APDVS) first, second, third and quadruple generations produced by the Gorky Automobile Plant, Zavolzhskii and Ulyanovsk Motor Plant. Summarizes the modernization of engineering solutions for every generation. A special place of modernization on the optimal engineering solutions was paid APDVS fourth generation in the configuration of the vehicle (net).
Key words: atmospheric piston internal combustion engine, a crank mechanism, gas distribution mechanism, intake and exhaust authorities, engineering solutions, gas exchange subsystem.
