Разработка дизельного двигателя мощностью 95 кВт с проектированием системы топливоподачи и жидкостным охлаждением

Состав чертежей

1. Чертеж разреза поперечного двигателя (формат А1)
2. Чертеж разреза продольного двигателя (формат А1)
3. Плакат результатов расчёта динамического двигателя (формат А1)
4. Классификация систем топливоподачи дизелей (формат А1)
5. Лист характеристик технических различных систем топливоподачи (формат А1)
6. Схема обеспечения предварительного впрыскивания в системе насос-форсунок (формат А1)
7. Схемы привода насос-форсунки (формат А1)
8. Схема системы электронного управления дизелем (формат А1)
9. Оценка основных параметров проектируемого двигателя и его аналогов (формат А1)
10. Чертеж наладки технологической (формат А1)
11. Оценка конкурентоспособности проектируемого двигателя (формат А1)

Описание

В дипломной работе в соответствии с техническим заданием разработан дизель, с улучшенной системой подачи топлива и турбонаддувом. Разработан дизель с непосредственным впрыском топлива мощностью 95кВт при оборотах коленчатого вала 4200 мин-1 с улучшенной системой топливоподачи.

По своим параметрам он не уступает прототипу и зарубежным аналогам, отвечает существующим нормам по токсичности отработавших газов и обладает конкурентоспособностью в странах предполагаемого экспорта.
Применения комплексного микропроцессорного управления разрабатывае-мым двигателем позволило достигнуть приемлемых его параметров без значи-тельного увеличения габаритов, материалопотребления, стоимости. Кроме того, заложенная в проекте система топливоподачи, по мере развития электроники и исполнительных устройств может без значительных изменений базовой конструкции трансформироваться в систему управления с еще большими возможностями (самообучающиеся системы и адаптивные системы по экономичности, выбросу токсичных компонентов и кривой протекания крутящего момента).
Накопленный опыт применения систем управления двигателями на базе со-временной микропроцессорной техники позволяет уверенно наметить основные проблемы, которые необходимо решить отечественной промышленности в бли-жайшее время. Прежде всего необходимо разработать фундаментальные вопросы теории, связанные с автомобильной электроникой, в том числе с теорией автомобильных датчиков, микропроцессорной техники и исполнительных устройств для перспективных систем комплексного многомерного управления двигателем и автомобилем.
Следует обратить особое влияние на разработку и внедрение адаптивных систем управления по различным критериям.
Нужны глубокие исследования в области систем с оптимальным регулированием и прежде всего по критериям минимальных эксплуатационных расходов топлива и токсичности двигателя.
Необходимо преступить к разработке специальных датчиков для электрон-ных систем следующего поколения (например, датчиков содержания соответст-венно кислорода в цилиндре двигателя и остаточных газов, датчиков турбулентности, скорости изменения давления, шума и др.).
Для нашей страны особенно актуальна проблема быстрого внедрения прогрессивных изобретений в производство и для ее решения необходимо увеличить долю автоматизации и компьютеризации на предприятиях. Соответственным образом нужно вести и подготовку специалистов.
В заключении необходимо отметить, что решение выше перечисленных проблем не возможно без поддержки отечественного двигателестроения государством. Мы одна из немногих стран, которые способны иметь свою автомобильную промышленность, но этот потенциал пока не используется в достаточной степени.

Проведен тепловой, динамический и прочностной расчеты.
В исследовательском разделе была применена улучшенная система топливоподачи, с применением насос-форсунок.
Рассмотрены методы борьбы с шумом в дизеле при сгорании.
Выполнен расчет экономической эффективности и доказана конкурентоспособность проектируемого двигателя.

В представленном дипломном проекте разработан двигатель автомобильный дизельный охлаждения жидкостного мощностью 95 кВт с проектированием системы топливоподачи.
В первом разделе записки пояснительной приведены цель проектирования и область применения, а также требования технические.
В конструктивном разделе представлены технические параметры дизеля, устройство и принцип его работы. Рассмотрены разрезы двигателя поперечный и продольный.
В разделе тепловой расчет цикла рабочего подобраны и обоснованы данные исходные, а именно: номинальная частота вращения дизеля, отношение хода поршня к диаметру цилиндра, отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, степень сжатия, коэффициент избытка воздуха, механический КПД, максимальное давление цикла.

Проведен анализ рассчитанных результатов, а точнее: коэффициента газов остаточных, коэффициента наполнения, давления и температуры в конце сжатия, среднего показателя политропы сжатия, максимальной температуры цикла, давления и температуры в конце расширения, среднего показателя политропы расширения, среднего индикаторного давления, удельного индикаторного расхода топлива, среднего эффективного давления, эффективного КПД, крутящего момента, часового расхода топлива и рабочего объема двигателя.

В разделе расчет динамический осуществлен подбор и приведено обоснование данных исходных. Рассчитаны силы и моменты, действующие в КШМ. Выполнен алгоритм расчета динамического ДВС. Дана оценка результатам расчета динамического. Проведено уравновешивание двигателя. Определены силы, которые действуют: на шейку шатунную, на колено вала и на шейку коренную.
В разделе расчет основных деталей двигателя определена поршневая группа: поршень, поршневые кольца, поршневой палец. Произведён расчет шатунной группы: поршневая головка шатуна, стержень шатуна, кривошипная головка шатуна и болты шатунные. Выполнен расчет вала коленчатого, а для этого определили: коренные шейки, шатунную шейку и щеки вала коленчатого.

В разделе расчет систем двигателя определили систему смазки, а конкретнее: масляной насос, циркуляционный расход масла, частоту вращения шестерен насоса. Приведен расчет системы охлаждения.
В разделе исследовательском проведен анализ систем впрыска и представлен обзор аппаратуры топливной разных типов с точки зрения организации.
В восьмом разделе приведена оценка и осуществлен подбор оценочных критериев. Выполнена обработка подобранного массива двигателей аналогов.
В разделе технологическом приведен метод обработки вала распределительного. Описаны часть общая и технология обработки. Определены режимы резания и нормы времени для обработки детали.

В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрены такие пункты, как безопасность жизнедеятельности и экология.
В разделе организационно-экономическом посчитана конкурентоспособность продукции в маркетинге и конкурентоспособность продукции методом расчета показателей единичных и групповых.
В части графической ВКР представлены следующие чертежи: продольного и поперечного разрезов двигателя, результатов расчёта динамического двигателя, классификации систем топливоподачи дизелей, характеристик технических различных систем топливоподачи, схемы обеспечения предварительного впрыскивания в системе насос-форсунок, различных схем привода насос-форсунки, схемы системы электронного управления дизелем, оценки основных параметров проектируемого двигателя и его аналогов, наладки технологической, оценки конкурентоспособности проектируемого двигателя.

Дизель предназначен для установки на транспортные средства малой грузоподъемности, минитракторы, малогабаритную технику коммунального хозяйства, дорожные и строительные машины, а также могут использоваться для привода мобильных электростанций, генераторных установок, насосных агрегатов. Возможно их применение в качестве двигателей малотоннажных судов.

Двигатель (Рис. 2.1) состоит из следующих деталей, узлов и систем: картер, цилиндр, головка цилиндра, кривошипно–шатунный механизм, механизм газораспределения, всережимный регулятор частоты вращения, топливная система, система охлаждения, система смазки, система пуска, электрооборудование.  Цилиндр дизеля выполнен из специального износостойкого чугунного сплава.  Головка цилиндров отлита из алюминиевого сплава, имеет запрессованные чугунные седла  и направляющие втулки клапанов.  В головке выполнены гнездо для установки форсунки. Между головкой цилиндра и крышкой головки устанавливается прокладка.

Основными деталями кривошипно-шатунного механизма (КШМ)  являются коленчатый вал, поршень, шатун, поршневые кольца, поршневой палец, шатунный подшипник (вкладыши)  и коренные втулки.

Коленчатый вал полноопорный, чугунный, со сверлениями для подачи смазки к коренным и шатунным подшипникам. На носке вала устанавливается шестерня ременного привода  вала насоса высокого давления.

Поршень выполнен из алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния. В головке поршня расположена камера сгорания. В головке поршня имеются три канавки для установки колец: двух компрессионных и маслосъемного. В канавке маслосъемного кольца сделаны отверстия для отвода масла.

Поршни по наружному диаметру юбки сортируются на три группы – 0, 1, 2, которые при сборке должны совпадать с группой цилиндра. Разбивка на группы осуществляется по диаметру на расстоянии 25 мм от нижней кромки в направлении, перпендикулярном оси пальца. Это связано с тем, что для обеспечения температурного расширения, недопущения в процессе работы прорыва газов  в картер и уменьшения стуков на перекладке юбки поршня имеет бочкообразный профиль в вертикальном направлении и сложный эллипсообразный профиль в горизонтальном.

Кроме того, поршни делятся по диаметру отверстия под палец на четыре группы, маркирующиеся различным цветом.

Поршневой палец изготовлен из специальной стали, обладающей большим запасом усталостной прочности. Поршневой палец запрессован в поршне. Поршневые пальцы по внешнему диаметру сортируются на четыре группы, которые при сборке должны соответствовать группам отверстия поршня.

Шатун – стальной, штампованный. Нижняя головка шатуна – разъемная и имеет расточку для вкладышей. Вкладыши шатунного подшипника изготовлены из сталеалюминиевой  ленты. В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка. Для смазки поршневого пальца в нижней головке шатуна имеется специальное отверстие.

Поршневые кольца изготовлены из специального чугуна. Верхнее компрессионное кольцо и нижнее маслосъемное кольцо – хромированы по наружной цилиндрической поверхности. Нижнее компрессионное кольцо, скребкового типа, устанавливается в канавку острой кромкой вниз с целью обеспечения съема масла со стенки цилиндра.

Механизм газораспределения – с одним распределительным валом приводимый во вращение от коленчатого вала. Клапаны совершают поступательное движение в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндра, и возвращаются в исходное положение под действием пружины.

Дизель имеет комбинированную систему смазки . Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала; разбрызгиванием – стенки цилиндров, поршни с поршневыми кольцами, поршневые пальцы,   втулка верхней головки шатуна.               

         Смазка осуществляется следующим образом: масляный насос через сетчатый фильтр маслозаборника подает масло из картера по трубопроводу для очистки в масляный фильтр, на выходе из которого установлен датчик давления, после очистки масло через каналы в картере поступает к коренному подшипнику правой половины картера. После чего через каналы, выполненные в коленчатом валу, масло подается к шатунному подшипнику, далее – к коренному подшипнику левой половины и стекает в полость картера.

Для поддержания постоянного давления в системе смазки имеется редукционный клапан, расположенный в корпусе масляного насоса и отрегулированный на давление срабатывания 0, 6 МПа на холодном двигателе и 0,2…0,35 МПа – на горячем.

Контроль за давлением масла осуществляется с помощью датчика давления, который при снижении давления ниже 0,08 МПа срабатывает и дает сигнал для аварийной остановки двигателя.

Имеется также датчик предельно допустимой температуры масла, которая не должна превышать 110-115°С.

         Масло в картер заливается через горловину, расположенную со стороны стартера и закрываемую крышкой. Для проверки уровня масла имеется щуп, расположенный со стороны подкачивающегося насоса. Уровень масла должен быть не ниже и не выше верхней риски щупа, что соответствует 3,5л.

         Для смазки дизеля применяются следующие моторные масла:

• – летом  —   класса вязкости SAE 40 
• – зимой — SAE 15W
• – круглогодично  —  SAE – 15W/40

Допускается использование масел иностранного производства, указанных в табл. 2.2, при этом следует убедиться, что они удовлетворяют требованиям государственных или фирменных спецификаций на смазочные масла, предназначенные для указанных дизелей.

Система впуска служит для подвода свежего воздуха и организации его вихревого движения в цилиндре требуемой интенсивности с целью обеспечения необходимых условий образования рабочей смеси при впрыскивании и распыливание топлива в камере сгорания. Состоит из воздухоочистителя и впускного патрубка.

Система выпуска предназначена для отвода из цилиндра отработавших газов. Состоит из выпускного патрубка и глушителя шума выпуска.

Воздухоочиститель – с двумя бумажными фильтрующими элементами и резонаторной камерой, снижающей уровень шума впуска.

Глушитель шума выпуска коробчатого типа имеет двойной корпус с внутренними перегородками, проходя вдоль которых выпускные газы теряют свою энергию, что обеспечивает снижение шума выпуска.

Система подачи топлива состоит из следующих узлов: топливного бака, топливного фильтра, подкачивающего насоса, трубопроводов низкого давления, системы насос-форсунок.

Фильтр тонкой очистки топлива имеет специальный фильтрующий элемент, проходя через который топлива очищается от механических примесей. С целью предотвращения загустевания топливо при эксплуатации двигателя в условиях отрицательных температур в фильтре предусмотрен встроенный электрический подогреватель.

Топливоподкачивающий насос – мембранного типа, крепится к картеру через пластмассовую проставку. У топливоподкачивающего насоса имеется система ручной подкачки для подачи топлива к насос-форсункам перед запуском дизеля. Смазка подкачивающего насоса осуществляется из картера за счет возвратно – поступательного движения штока. Форсунка служит для создания высокого давления и впрыскивания топлива под высоким давлением в камеру сгорания. Топливопровод низкого давления – резиновый, армированный  кордом шланг, выполненный из маслобензостойкой резины. Система пуска дизеля включает в себя следующие узлы: электростартер, зубчатый венец, закрепленный на маховике, аккумуляторную батарею, электропроводку.  На дизеле устанавливается генератор переменного тока на постоянных магнитах, встроенных в маховик, мощностью 1500 –2000 Вт. Дизель комплектуется выпрямителем – стабилизатором, который обеспечивает стабильное постоянное напряжение 12 В в бортовой сети машины.

Разработка схемы системы насос — форсунок для легковых автомобилей
На плакате №8 в полном объеме показаны все агрегаты системы впрыска с насос-фор¬сунками для дизе¬ля легкового автомобиля. В зависимости от типа автомобиля и условий примене¬ния отдельные узлы могут не использо¬ваться.
Для более наглядного представления, сенсоры и исполнительные механизмы (А) на этой схеме не представлены. Иск¬лючение составляют компоненты систе-мы очистки ОГ (Р), поскольку их расположение важно для понимания работы системы.
С помощью шины САN в блоке «Па¬нель приборов» (В) возможен обмен ин-формацией между самыми различными агрегатами и системами, такими как:

• стартер;
• генератор
• электронное противоугонное уст¬ройство;
• управление дополнительными при¬водами;
• регулирование противобуксовочным устройством;
• электронный программатор стаби¬лизации.

К шине САN могут подключаться также панель приборов 12 и климатиче¬ская установка 13.
Для очистки ОГ может использовать¬ся любая из трех возможных комбиниро-ванных систем (а, b или с).
Описание плаката №8 «Схема системы насос-форсунок»

24.Аккумулятор
25. Распределительный вал
26. Насос-форсунка
27. Свеча накаливания
28. Дизель
29. Блок управления двигателем (ведущий)
30. Блок управления двигателем (ведомый) М — крутящий момент
А Датчики и исполнительные механизмы
1. Датчик положения педали газа
2. Датчик выключения сцепления
3. Контакты тормозов (2)
4. Задающие элементы регулятора скорости авто¬мобиля
5. Включение свечи накаливания (выключатель стартера и свеч накаливания)
6. Датчик скорости автомобиля
7. Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала
8. Датчик температуры охлаждающей жидкости
9. Датчик температуры воздуха на впуске
10. Датчик давления во впускном трубопроводе
11. Датчик массового расхода воздуха на впуске
В Панель приборов
12. Комбинированная панель с сигнализацией расхода топлива, частоты и т.д.
13. Панель управления компрессором кондиционера
14. Диагностический дисплей
15. Прибор управления временем включения свечей на¬каливания
Шина САЫ (серийный интерфейс на автомобиле)
С Снабжение топливом (контур низкого давления)
16. Топливный фильтр с перепускным клапаном
17. Топливный бак с фильтром грубой очистки и электрическим топливоподкачивающим насосом
18. Датчик уровня топлива
19. Радиатор топлива
20. Клапан ограничения давления топлива
О Дополнительные системы
21. Дополнительное дозирование
22. Дополнительный контрольно-управляющий прибор
23. Дополнительный бак
Е Снабжение воздухом
31. Охладитель рециркулирующихОГ
32. Регулятор давления наддува
33. Турбонагнетатель (здесь — с изменяемой геометрией турбины)
34. Заслонка впускного трубопровода
35. Регулятор рециркуляции
36. Вакуумный насос
Р Очистка отработавших газов
37. Датчик температуры ОГ
38. Нейтрализатор окислительный
39. Сажевый фильтр
40. Датчик перепада давлений
41. Подогреватель ОГ
42. Датчик уровня М0х
43. Широкополосный лямбда-зонд
44. Аккумулирующий нейтрализатор РЮХ
45. Двухрежимный лямбда-зонд
46. Каталитически очищаемый сажевый фильтр