1.8 Исследовательская часть

В качестве технического задания на дипломный проект требовалось разработать двигатель для легкового автомобиля среднего класса, который бы удовлетворял современным экономическим и экологическим требованиям. Поэтому было решено разрабатывать дизельный двигатель. Это объясняется следующими причинами:

• Высокая топливная экономичность;

• Высокий крутящий момент, следовательно, хорошая динамика автомобиля;

• Малый выброс вредных веществ (дизель выбрасывает с ОГ в 3 раза меньше оксидов азота, чем бензиновый двигатель, в 18,6 раз меньше оксидов углерода и в 20 раз меньше несгоревших углеводородов.);

• Работает на более дешевом топливе.

В качестве прототипа было решено взять двигатель ЗМЗ 514. Однако он имеет ряд недостатков, например, топливная аппаратура с гидравлическими форсунками, ТНВД распределительного типа, отсутствие охладителя надувочного воздуха, недостаточная жесткость блока цилиндров и многое другое. Поэтому в конструкцию двигателя был внесен ряд изменений.

Выбор топливной аппаратуры

Одно из основных требовании, предъявляемых к современному двигателю, это минимальный выброс вредных веществ и расход топлива. Для снижения выбросов вредных и токсичных компонентов с ОГ дизеля применяются различные конструктивные мероприятия. Немаловажное влияние на показатели двигателя оказывает используемая топливная аппаратура.

В настоящее время все большее распространение получает аккумуляторная система топливоподачи. Основной отличительной чертой аккумуляторных систем является применение аккумулятора топлива, где происходит накапливание определенного необходимого количества топлива под высоким давлением.

В данном дипломном проекте разрабатывается дизель для легкового автомобиля, поэтому целесообразно оснастить его аккумуляторной системой высокого давления«Common rail».

Данная система имеет следующие преимущества:

• Разделение во времени процессов создания энергии впрыска и самого впрыска, что предотвращает их негативное взаимное влияние друг на друга;

• Минимизация конструктивных изменений дизеля;

• Возможность организации многостадийного впрыскивания топлива;

• Уменьшаются нагрузки в приводе ТНВД;

• Упрощается ТНВД, так как он уже не выполняет дозирующую функцию.

Повышение прочности и надежности двигателя

Одно из требований, предъявляемых к двигателю это его высокая надежность. Повысить надежность можно, используя высококачественные материалы, улучшая качество смазки деталей двигателя, уменьшая попадание абразивных частиц с маслом, с воздухом и с топливом. Для ограничения попадания абразивных частиц установлены бумажные фильтрующие элементы на входе воздуха и в топливной магистрали.

Немаловажное влияние на надежность двигателя оказывает жесткость его конструкции. С этой целью картер дизеля чугунный и отливается как одно целое с блоком его цилиндров. Для повышения жесткости двигателя последний разделен поперечными перегородками и усилен радиальными и концентричными ребрами жесткости. С целью уменьшения деформаций постелей коренных подшипников вала, картер разделен на верхнюю и нижнюю части. Последняя является единым литым корпусом всех крышек коренных подшипников коленчатого вала и крепится к верхней части картера четырьмя рядами болтов.

Наиболее напряженная деталь КШМ – это поршень. Согласно тепловому расчету давление газов внутри цилиндра дизеля достигает 13 МПа. При этом на днище поршня действует сила равная 250 кН по этой причине не удалось поставить на этот двигатель составной поршень. Максимальная температура рабочего тела в цилиндрах дизеля находится в пределах 2000-2500 К, в качестве материала для поршня используется силумин с высоким содержанием кремния и легированный медью, молибденом, титаном и другими компонентами.

Выбранный нами поршень изготовлен методами жидкой штамповки, для уменьшения температурного расширения в головку поршня добавлено керамическое волокно. Что позволило уменьшить тепловой зазор поршень – гильза, а следовательно уменьшить количество компрессионных колец, тем самым снизить механические потери в двигателе.

С целью улучшения приработки поршней на поверхность направляющей части нанесено покрытие каллойдного графита. Во избежание прожогов трущиеся поверхности поршня фосфатируют. Для предотвращения чрезмерного нагрева поршня на днище нанесено специальное теплозащитное покрытие на основе оксида кремния.

На двигателе применяется система газораспределения с четырьмя клапанами на каждый цилиндр- два впускных и два выпускных. Привод клапанов осуществляется непосредственно от распределительных валов, расположенных над головкой цилиндров через коромысла. Привод распределительных валов осуществляется зубчатой цепью от коленчатого вала.

Необходимая жесткость коленчатого вала обеспечивается большими толщинами его щек и диаметрами шеек с большими их перекрытиями. Разгрузка коренных шеек и подшипников коленчатого вала от действия местных центробежных сил производится с помощью противовесов, установленных на продолжении его щек. Износостойкость шеек вала обеспечивается их газовыми азотированием и поверхностным упрочнением путем их обкатки профилированными роликами, а усталостная прочность - достаточно большими радиусами галтелей и дорнованием масляных каналов. На носок коленчатого вала установлен молекулярный демпфер крутильных колебаний. Это предохранит двигатель от нарушения фаз газораспределения и законов движения клапанов.