КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

7. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

Конструкторский раздел предназначен для рассмотрения основной задачи данной работы — усовершенствования системы охлаждения двигателя ЗМЗ 406 применяемого на автомобилях ГАЗ 2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ» и их модификациях. При этом изменения в двигателе принятые в тепловом расчете, т.е. форсирование двигателя для повышения его тяговых и скоростных характеристик приняты как перспективные и представляющие интерес с практической, а в данном случае еще и с теоретической точки зрения. Принимая данные, полученные в тепловом расчете, и учитывая ,что после форсирования двигателя увеличилась мощность нетто, а следовательно тепловой режим стал более напряженным был проведен расчет системы охлаждения.

7.1 Расчет жидкостной системы охлаждения

Модернизируя систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания проведем предварительный её расчет согласно материалу, изложенному в [4]. Однако данный расчет является проверочным и ведётся в первом приближении с тем, чтобы сохранить геометрические, тепловые и иные параметры основных деталей системы охлаждения максимально унифицируя её с существующей конструкцией в случае доработки. При расчете системы охлаждения двигателя исходной величиной является количество отводимого от него в единицу времени тепла Q_ω(ккал/ч). Это количество может быть определено из уравнения теплового баланса, или (ориентировочно) на основании экспериментальных данных. В данной работе используем второй вариант, на основании экспериментальных данных, выбирая коэффициенты и эмпирические данные предполагая наиболее напряженный тепловой режим работы.

В качестве циркулирующей охлаждающей жидкости принимаем этиленгликолевую незамерзающую смесь (антифриз).

 Таким образом, количество тепла отводимого от двигателя в единицу времени:

Q_ω=q_ωN_eN=860∙85,0232∙1,36=99443,135 ккал/ч, (7.1)

где q_ω=860 ккал/(л.с.∙ч)— количество отводимого от двигателя тепла,

для карбюраторных ДВС обычно q_ω=830…860 ккал/(л.с.∙ч);

N_eN=85,0232 кВт— наибольшая мощность двигателя.

Находим количество жидкости (кгс/ч), циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени,

 кгс/ч (7.2)

где с_ω=0,5 ккал/(кгс∙°С)— теплоемкость циркулирующей жидкости;

=5 °C— разность температур входящей в радиатор и

выходящей из него жидкости.

7.2 Расчет радиатора

 Величину поверхности охлаждения радиатора в первом приближении (м²) с достаточной точностью определим по простейшей формуле и сравним с существующей (F_Д=20 м²):

F_p=f_pNN_eN=0,17∙85,0232∙1,36=19,66 м² (7.3)

где f_pN=0,17 м²/л.с.— удельная поверхность охлаждения радиатора, f_pN=0,1…0,23 м²/л.с. для легковых автомобилей.

Как видно из расчетов F_p=19,66м²≈ F_Д=20м², относительная разность 2%.

Емкость системы охлаждения оставим прежней, т.е. V_ω=12 л.

Примерное количество проходящего через радиатор воздуха:

G_L=205∙N_eN=205∙85,0232∙1,36=22868 кгс/ч. (7.4)

7.3 Водяной насос

 Расчетная производительность водяного насоса:

G_в.н.=G_ω/η_в.н.=/0,85=46796,7694 кгс/ч, (7.5)

где η_в.н.=0,85— коэффициент, учитывающий возможность прорыва жидкости между крыльчаткой и корпусом насоса.

Необходимая на привод водяного насоса мощность:

 кВт (7.6)

где Н=7 м вод. ст.— создаваемый насосом напор;

η_h=0,65 — гидравлический КПД;

η_мех=0,8 — механический КПД водяного насоса.

Учитывая, что параметры рассчитываемого и действительного радиаторов можно принять как равные и принимая существующую емкость системы охлаждения — размеры и форму водяного насоса не рассчитываем.

7.4 Вентилятор

 Для выбора из существующей номенклатуры приближенно определим производительность вентилятора по формуле:

G_L=L_QQ_ω=0,3∙99443,135=29832,9405 кгс/ч, (7.7)

где L_Q=0,3 кгс/ккал — удельная производительность вентилятора.

7.5 Описание предлагаемых конструктивных изменений

Далее будет предложен и рассмотрен вариант усовершенствования системы охлаждения рассматриваемого в данной работе двигателя ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ 2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ». Описание целей и элементов доработки системы охлаждения двигателя ЗМЗ-406 по пунктам приведены ниже. Основные элементы системы и режимы работы приведены на рис. 20…24.

1. Вместо вентилятора и гидронасоса с механическим приводом от клиноременной передачи принимаются к установке вентилятор и гидронасос с электроприводом и возможностью регулировки числа их оборотов в зависимости от температуры в системе охлаждения. Цель: возможность частичной регулировки скорости потока воздуха, возможность регулировки скорости потока охлаждающей жидкости, увеличение мощности брутто двигателя за счет отсутствия затрат мощности на привод вентилятора и водяного насоса. Остальные достоинства таких систем смотреть выше в патентном обзоре.

2. Термостат заменяется термоэлектроклапаном с предохранительной пружиной из никель - титанового или иного аналогичного сплава обладающего «памятью» (см. патентный обзор), которая срабатывает когда электроклапан, по каким либо причинам вышел из строя и настроена на срабатывание при наименьшей и наивысшей предельной температурах. Цель: предотвратить эффект «залипания» термостата. Т.к. при поломке обычный термостат имеет свойство, оставаться в каком либо постоянном (крайнем, либо промежуточном) положении (говорят «залипает»). Кроме того, термоэлектроклапан, вместо классического термостата, позволит более четко и скоординировано организовать работу всех механизмов и приборов системы охлаждения, как между собой, так и с остальными механизмами двигателя посредством ЭБУ, либо бортовой ЭВМ. Магнитное поле создаваемое электроклапаном можно использовать для смягчения воды в случае возникновения ситуации, когда в систему охлаждения приходиться заливать жесткую воду.

3. В магистраль отопителя салона встраивается электромагнитный клапан вместо краника отопителя салона. Цель: более удобный способ включения, выключения отопителя (управление отопителем можно вынести на панель приборов), возможность более качественного автоматического управления прогревом двигателя и салона в зимнее время.

При работе двигателя 1 (Рис. 20) в ЭБУ 9 (бортовая ЭВМ) подаются сигналы о его температурном состоянии, датчик 10, а также о температуре охлаждающей жидкости (ОЖ), датчики 11, 15, скорости движения автомобиля, датчик 3 (или спидометр), частоте вращения коленвала, датчик 2, о состоянии отопителя сигнализирует включатель – регулятор температуры в салоне 6. В зависимости от полученных внешних данных, после обработки, из ЭБУ выходят сигналы управления на электровентилятор 14, электропомпу 16, электромагнитные клапаны 12 и 5, электронасос 7 системы отопления (устанавливается только при наличии второго отопителя 4 в фургонах с двумя рядами пассажирских сидений и автобусах). В зависимости от полученных ЭБУ 9 сигналов опишем основные режимы работы системы охлаждения, начиная от пуска двигателя до его работы при максимальных нагрузках.

1. ОЖ циркулирует по кругу ДВС 1 – Радиатор 13 – Отопитель (ли) 4 Рис. 20, максимальная нагрузка, температура в системе охлаждения t°→max, т.е. ≈90°С., клапаны 5, 12 открыты, помпа 16, вентилятор 14, насос 7 (при наличии) включены на полные обороты.

2. ОЖ не циркулирует по ДВС (Рис. 21), например пуск холодного двигателя зимой. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), помпа 16, насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты.	Рис. 21 Работа ДВС без циркуляции ОЖ
3. ОЖ циркулирует по ДВС, t°ОЖ≈65…70 °С, рис.22. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты. помпа 16 включена.	Рис. 22 Циркуляция ОЖ по ДВС

Электронасосы 16, 7 и электровентилятор 14 (Рис. 20) имеют возможность изменять частоту вращения. Функциональная схема регулирования частоты вращения вентилятора, насоса системы охлаждения и отопителя приведена на рис. 25. Температура ОЖ воспринимается терморезистором R1, имеющим отрицательный температурный коэффициент; терморезистор одновременно является одним из звеньев мостовой схемы, куда входят также резисторы R2, R3 и R4.

Вследствие этого напряжение на выходе моста обратно пропорционально температуре ОЖ. В противоположное плечо моста включен резистор R4, с помощью которого можно регулировать напряжение на выходе моста в некоторых пределах.

Рис. 25

Частота вращения двигателей постоянного тока 3, 8, вращающих, соответственно, вентилятор 2 и водяной насос 9, зависит от текущих значений температуры ОЖ.

К электродвигателям прикладываются прямоугольные импульсы напряжения. Частота их вращения зависит от силы тока поступающего в якорь. Среднее значение тока, поступающего в якорь, зависит от ширины прямоугольных импульсов и в конечном счете от напряжения на выходе моста. ЭБУ 5 непрерывно сравнивает усиленное напряжение моста с напряжением, вырабатываемым генератором пилообразного сигнала 6, и при их одинаковых значениях переключается, выдавая прямоугольные импульсы, приводящие в действие (посредством усилителя) двигатели постоянного тока.

При увеличении напряжения, снимаемого с моста (снижение температуры ОЖ), ЭБУ подает сигнал позже, ширина вырабатываемого прямоугольного импульса уменьшается и приводной двигатель вращается медленней. При сильном нагреве ОЖ напряжение на выходе моста уменьшается, переключение происходит раньше и ширина импульса увеличивается. Это положение иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 26 для двух значений температуры ОЖ.

Как видно из рис. 26, регулятор частоты вращения не работает, если напряжение моста превышает максимальное напряжение, вырабатываемое генератором пилообразного сигнала.

Это означает, что при низкой температуре ОЖ вентилятор не вращается, вследствие чего ДВС сравнительно быстро прогревается до нужной температуры.

Диод 12, рис. 25, предназначен для уменьшения влияния ЭДС самоиндукции на контакты датчика температуры (R1), т.к. в момент разрыва контактов исчезающее электромагнитное поле не только создает высокое напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания, необходимое для свечи, но и немалое, до 400 В, напряжение противоиндукции в первичной обмотке. Вот оно-то и «прожигает» контакты датчика R1.

Рис. 26

Похожие работы

Автомастерская

Скачать

37576

6

2

... 1 30 Однопостовой сварочный трансформатор ТС- 300 20кв*А 110…385А 1 600*324* *1020 32 Инструмент автомеханика И- 132 4 Проанализировав всё оборудование находящееся в автомастерской для выполнения тех технологических операций которые выполняются при ремонте можно обходится и этим технологическим оборудованием, производительность его вполне хватает ...

Совершенствование системы качества автомобильного завода

Скачать

59179

1

3

... процессов, направленных на достижение заданных целей, способствует повышению результативности и эффективности организации. Принцип системного подхода тесно связан с предыдущим принципом и с представлением о системе качества как о совокупности взаимосвязанных процессов. Системный подход предполагает также постоянное улучшение системы через измерение и оценку. 6. Постоянное улучшение. Постоянное ...

История ОАО ГАЗ

Скачать

106078

0

0

... и пунктуация автора сохранены). 4 Все данные получены из словаря-справочника «Горьковчане в Великой Отечественной войне», Волго-Вятское книжное издательство, © 1990 Аннотация История ОАО”ГАЗ” - одна из самых интересных страниц в истории нашей страны. В своей работе я пытался дать представление о становлении и развитии прославленного предприятия, рассказать о его людях, судьбы которых связаны с ...

Разработка системы утилизации снега

Скачать

132511

13

4

... снегосплавные пункты. Расчеты показывают, что при традиционных методах уборки снега дефицит производительности составляет 60 — 70 тыс. м2; в сутки. Основные параметры системы утилизации городского снега были рассчитаны ГУП "МосводоканалНИИпроект" в рамках разработки Генеральной схемы снегоудаления. принятой Правительством Москвы в 2002 г. За несколько лет эксплуатации выяснилось, что реальная ...