Реферат: Модернизация автомобильного двигателя МеМЗ 968ГЭ для увеличения мощности, улучшения тяговых характеристик и повышения экономичности

МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КРЫМА

«ИСКАТЕЛЬ»

Инженерно – техническая секция

Модернизация автомобильного двигателя

МеМЗ 968ГЭ для увеличения мощности, улучшения

тяговых характеристик и повышения экономичности.

Действительный член МАН Крыма «Искатель»

Ученик 9 класса

Форосской общеобразовательной школы I – III ступени г. Ялты

КОРАБЛЕВ Артем

Научный руководитель – Кораблев А. Б.

Инженер - системотехник

Введение.

В течении многих десятилетий отечественным производителем, Запорожским автомобильным заводом, выпускался в различных модификациях автомобиль «Запорожец». За долгое время накопился большой парк этих автомобилей и особенно модели ЗАЗ 968 и его модификаций. Машина показала себя неприхотливой, обладающей высокой проходимостью и неплохой нагрузочной способностью. Много автомобилей ЗАЗ являются незаменимыми помощниками в условиях села и города, сочетая в себе низкую стоимость и простоту в обслуживании.

Однако при наличии многих положительных качеств автомобиль ЗАЗ 968 имеет ряд конструктивных особенностей, которые можно назвать его недостатками. Одним из самых важных недостатков является малая мощность силового агрегата – двигателя МеМЗ 968ГЭ. Малая мощность сочетается с высоким расходом топлива, реально достигающим 10 литров на 100 километров.

В нашей семье до недавнего времени был автомобиль ЗАЗ 968М и во время проведения ремонта я решил внимательно изучить двигатель и попытаться внести такие изменения в его конструкцию, которые бы позволили увеличить мощность с одновременным снижением расхода топлива.

Недостатки двигателя МеМЗ 968ГЭ и

возможные пути их устранения.

Любые попытки внести изменения в топливную систему с целью экономии топлива приводили к положительному результату только вместе со снижением динамических характеристик автомобиля. Однако в наших условиях горной местности уменьшение мощности в целях экономии топлива приводит к другому затруднению – перегреву на затяжных подъемах. Воздушное охлаждение не позволяет эффективно охлаждать цилиндры двигателя при работе с очень высокими нагрузками. Требовалось вносить изменения в конструкцию двигателя, что стало возможным при его капитальном ремонте.

Внимательно изучив принципы работы двигателей внутреннего сгорания, я понял, что мощность двигателя можно повысить несколькими путями:

- увеличением объема цилиндров и количества подаваемого топлива;

- увеличением длины хода поршня и соответствующим увеличением степени сжатия топливно – воздушной смеси в цилиндрах;

- увеличением давления сжатия топливно – воздушной смеси в цилиндрах каким – либо другим способом.

Первый вариант мной не рассматривался, так так он приводит к еще большему расходу топлива.

Второй вариант оказался трудно выполнимым, так как требует изменения конструкции коленчатого вала и удлинения шатунов. Такую работу возможно сделать только в заводских условиях и потому я не разрабатывал этот вариант.

Разрабатывая третий вариант, я пришел к выводу, что увеличить давление сжатия рабочей смеси в цилиндрах можно двумя способами – уменьшить при сжатии утечку смеси, а при рабочем ходе уменьшить прорыв выхлопных газов в картер двигателя между корпусом цилиндра и корпусом поршня (первый способ), или принудительно нагнетать воздух в цилиндры для создания давления в них еще на стадии впуска (второй способ).

Второй способ достаточно труден в реализации и требует тщательной разработки. В настоящее время я веду разработку конструкции нагнетателя воздуха с ременным приводом, однако более простым, хотя и менее эффективным, является первый способ. Рассмотрим, что нам даст уплотнение зазора между поршнем и стенками цилиндра при работе четырехтактного карбюраторного двигателя, каким является двигатель МеМЗ968ГЭ.

При проектировании и расчете двигателя внутреннего сгорания величина давления в цилиндре при сжатии рабочей смеси (так называемая компрессия ) имеет важнейшее значение и оказывает прямое влияние на эффективную мощность двигателя.

Начнем с цикла впуска. Формула расчета давления в конце цикла впуска имеет вид:

Р_а = Р₀ - D Р_а

где Р₀ – плотность заряда (давление в цилиндре) на впуске, D Р_а - потери воздуха из – за сопротивления впускных каналов и неплотности зазора между поршнем и цилиндром. Здесь мы видим, что уплотнение зазора уменьшает потери при впуске за счет увеличения разрежения в цилиндре при впуске.

Соответственно мы получаем давление в конце сжатия в соответствии с формулой:

Р_с = Р_а × e ⁿ ,

где Р_а - давление в конце цикла впуска, e - степень сжатия ( в нашем случае величина неизменная, зависящая от соотношения длины хода поршня и величины рабочей камеры), n – коэффициент политропности процесса ( в нашем случае не изменяющий значения ).

Из него мы можем получить среднее эффективное давление рабочего цикла:

p_e = p_i - p_m

где p_i – индикаторное давление рабочего цикла двигателя, прямо пропорциональное давлению при сжатии ( p_i = P _c / e - 1 ) , p_m – давление механических потерь на преодоление сопротивления кривошипно – шатунного механизма, сил инерции, возникающих при работе двигателя и сопротивления внешних устройств (генератора, топливного насоса и т.д.), а так же потери при прорыве газов через неплотности газораспределительных клапанов и неплотность между стенками цилиндра и поршнем.

Эффективная мощность двигателя рассчитывается по формуле:

N_е = р_е V_л n / 30 t ,

Из нее мы видим, что мощность прямо пропорциональна среднему эффективному давлению рабочего цикла.

При дополнительном уплотнении зазора между стенками цилиндра и поршнем мы получаем увеличение заряда при впуске, соответственно получая более высокое давление при сжатии. Это дает нам более высокое среднее эффективное давление рабочего цикла, что приводит к увеличению мощности двигателя.

В автомобильном двигателе роль уплотнителя между стенками цилиндра и поршнем выполняют компрессионные поршневые кольца. В двигателе МеМЗ 968ГЭ их два – верхнее и нижнее. Поршневая группа обеспечивает такую степень сжатия, которая соответствует давлению компрессии в цилиндрах 9 кг./ см² при объеме цилиндров 1198 см^{3 .} Автомобильные двигатели ВАЗ, АЗЛК, имеющие близкие по значению объемы цилиндров (ВАЗ 2101 – 1200 см³ ), развивают давление компрессии в цилиндрах 12 кг./см² . Такая существенная разница получается за счет больших тепловых зазоров между поршнем и цилиндром в двигателе МеМЗ 968ГЭ из – за малоэффективного воздушного охлаждения.

При рассмотрении поршневой группы, снятой для ремонта, я обратил внимание на большое расстояние между донышком цилиндра и кольцевой канавкой для установки верхнего поршневого кольца ( рис. 1). Я предполагаю,

1,8

??? ???????????? ????????? ????????? ??? ?????????? ??

7,5

????????? ? ???????? ?????? ?????????? ? ????? ??????????

2,2

79 , 7

?????? ????????? ?????? ???

Æ 22 ,2

?????? ?? ?????????????? ???????. ??? ?????? ?? ????? ??????? (? ? 76) ? ?????????

Рисунок 1

???????? ????????? ????????? ????????? ?????????, ??????? ????? ????????? ??????????? ????? ???????? ?????? ? ???????? ?????????? ??????. ???? ???????????? ??????? ? ????? ??????? ????????? ?????? (? ? 80, ?? ? 90), ??????? ?? ???? ?? ?????? ?????????? ????????? ? ??? ?? ????? ???? ?????? ??????????????, ?? ?? ????? ????????? ??????????? ????????????? ????????? ? ???????????? ?????????????? ????? ????????? ??????.

Предложения по модернизации двигателя МеМЗ 968ГЭ.

Рисунок 2

??? ????????? ????????????? ?????????, ????????? ??? ???????? ? ?????????? ??????????? ??????? ? ????????? ?????????? ?????????????? ?????????????? ????????? ?????? ?? ?????? ?????????. ?????? ????????? ?????????? ? ????????? ???????, ??????????? ? ?????? ?? ?????????? 3,95 ??. ?? ???????, ??????? 1,8 ??. ? ???????? 3,3 ?? ( ???. 2 ). ?????? ??????????? ????????? ??????? ????????????? ?????? ??????? ??? ????????? ???????? ??????????????? ?????????? ??????. ??? ???? ??????? ??????????? ?????

ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ПОРШНЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ МеМЗ968ГЭ

Рисунок 1.

МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ ПОРШЕНЬ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ МеМЗ968ГЭ

Рисунок 2.

донышком поршня и канавкой составит 3 мм., что соответствует толщине перегородок между кольцами.

Практическая установка дополнительного компрессионного поршневого кольца на двигателе МеМЗ 968ГЭ автомобиля ЗАЗ 968М позволила определить, что давление компрессии в цилиндрах увеличилось до 11 кг./см² , мощность двигателя увеличилась с 40 л. с. до 45 л. с. Улучшились тяговые и динамические характеристики – время набора скорости до 100 км./ч. уменьшилось на 6 секунд или на 17% ( см. приложение № 1). Расход топлива уменьшился с 8,5 ( по паспорту ) до 7,74 литров на 100 км. или на 9% за счет более полного сгорания смеси ( см. приложение № 2).

Однако при установке дополнительного кольца мы увеличиваем площадь трущихся поверхностей, что увеличивает нагрев цилиндров и поршней. Так же вызывает нагрев и более высокое давление смеси в цилиндрах. При нагреве двигателя МеМЗ968ГЭ до температуры 105⁰ С начинает теряться мощность и возникает необходимость более эффективного охлаждения. Проблему снятия теплоизбытков я предлагаю решить следующим способом - можно установить второй вентилятор на вал генератора. Из стального листа толщиной 1 мм надо вырезать круг диаметром 190 мм с отверстием в центре диаметром 16 мм. Разделив круг на 16 секторов, нужно сделать надрезы по радиусам на глубину 50 мм. Получившиеся лопасти следует изогнуть так же, как у основного вентилятора. С вала генератора надо отвернуть гайку, снять пружинную шайбу и установить на вал крыльчатку, надежно закрепив ее теми же шайбами и гайкой ( см. рис. 3 ). Дополнительный вентилятор увеличит количество подаваемого для охлаждения воздуха и позволить сделать более эффективным охлаждение. Рекомендую применять в модернизированном двигателе гильзы цилиндров с аллюминиевым оребрением, имеющем более высокую теплоотдачу, чем гильзы с чугунным оребрением.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--