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 повышенияэкономичности.

Действительный член МАН Крыма «Искатель»Ученик 9 класса

Форосской общеобразовательной школы I– IIIступени г. Ялты

КОРАБЛЕВ Артем

Научный руководитель – Кораблев А. Б.

Инженер — системотехник

Введение.

         В течении многихдесятилетий отечественным производителем, Запорожским автомобильным заводом,выпускался в различных модификациях автомобиль «Запорожец». За долгое времянакопился большой парк этих автомобилей и особенно модели ЗАЗ 968 и егомодификаций. Машина показала себя неприхотливой, обладающей высокойпроходимостью и неплохой нагрузочной способностью. Много автомобилей ЗАЗявляются незаменимыми помощниками в условиях села и города, сочетая в себенизкую стоимость и простоту в обслуживании.

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

         В нашей семье донедавнего времени был автомобиль ЗАЗ 968М и во время проведения ремонта я решилвнимательно изучить двигатель и попытаться внести такие изменения в егоконструкцию, которые бы позволили увеличить  мощность с одновременным снижениемрасхода топлива.

Недостатки двигателя МеМЗ 968ГЭ и

возможные пути ихустранения.

 

         Любые попытки внестиизменения в топливную систему с целью экономии топлива приводили кположительному результату только вместе со снижением динамических характеристикавтомобиля. Однако в наших условиях горной местности уменьшение мощности вцелях экономии топлива приводит к другому затруднению – перегреву на затяжныхподъемах. Воздушное охлаждение не позволяет  эффективно охлаждать цилиндрыдвигателя при работе с очень высокими нагрузками. Требовалось вносить измененияв конструкцию двигателя, что стало возможным при его капитальном ремонте.

         Внимательноизучив принципы работы двигателей внутреннего сгорания, я понял, что мощностьдвигателя можно повысить несколькими путями:

-    увеличениемобъема цилиндров и количества подаваемого топлива;

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

-    увеличениемдавления сжатия  топливно – воздушной смеси в цилиндрах каким – либо другимспособом.

Первыйвариант мной не рассматривался, так так он приводит к еще большему расходутоплива.

         Второй вариантоказался трудно выполнимым, так как требует изменения конструкции коленчатоговала и удлинения шатунов. Такую работу  возможно сделать только в заводскихусловиях и потому я не разрабатывал этот вариант.

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

Второй способдостаточно труден в реализации и требует тщательной разработки. В настоящеевремя 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 цилиндрапри работе четырехтактного карбюраторного двигателя, каким является двигательМеМЗ968ГЭ.

Припроектировании и расчете двигателя внутреннего сгорания величина давления вцилиндре при сжатии рабочей смеси (так называемая компрессия ) имеет важнейшеезначение и оказывает прямое влияние на эффективную мощность двигателя.

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

Ра= Р0 — DРа

где  Р0– плотностьзаряда (давление в цилиндре) на впуске,  DРа  - потери воздуха из – за сопротивления впускных каналов инеплотности зазора между поршнем и цилиндром. Здесь мы видим, что уплотнениезазора уменьшает потери при впуске за счет увеличения разрежения в цилиндре привпуске.

         Соответственно мы получаемдавление в конце сжатия в соответствии с формулой:

Рс = Ра×en ,

где  Ра — давление в конце циклавпуска,  e — степеньсжатия ( в нашем случае величина неизменная, зависящая от соотношения длиныхода поршня и величины рабочей камеры), n– коэффициент политропности процесса ( в нашем случаене изменяющий значения ).

Из него мыможем получить среднее эффективное давление рабочего цикла:

pe= pi — pm

где pi– индикаторное давлениерабочего цикла двигателя, прямо пропорциональное давлению при сжатии ( pi<sub/>= Pc<sub/>/ e— 1 ) , pm<sub/>– давление механическихпотерь  на преодоление сопротивления кривошипно – шатунного механизма, силинерции, возникающих при работе двигателя и сопротивления внешних устройств(генератора, топливного насоса и т.д.), а так же потери при прорыве газов черезнеплотности газораспределительных клапанов и неплотность между стенкамицилиндра и поршнем.

         Эффективнаямощность двигателя рассчитывается по формуле:

Nе = реVл n / 30t,

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

         При дополнительномуплотнении зазора между стенками цилиндра и поршнем мы получаем увеличениезаряда при впуске, соответственно получая более высокое давление при сжатии.Это дает нам более высокое среднее эффективное давление рабочего цикла, чтоприводит к увеличению мощности двигателя.

         В автомобильномдвигателе роль уплотнителя между стенками цилиндра и поршнем выполняюткомпрессионные поршневые кольца. В двигателе МеМЗ 968ГЭ их два – верхнее инижнее. Поршневая группа обеспечивает такую степень сжатия, котораясоответствует давлению компрессии в цилиндрах 9 кг./ см2 при объемецилиндров 1198 см3. Автомобильные двигатели  ВАЗ, АЗЛК, имеющиеблизкие по значению   объемы  цилиндров (ВАЗ 2101 – 1200 см3),развивают давление компрессии в цилиндрах 12 кг./см2. Такаясущественная разница получается за счет больших тепловых зазоров между поршнеми цилиндром в двигателе МеМЗ 968ГЭ из – за малоэффективного воздушногоохлаждения.

         При рассмотрениипоршневой группы, снятой для ремонта, я обратил внимание на большое расстояниемежду донышком цилиндра и кольцевой канавкой  для установки верхнего поршневогокольца ( рис. 1). Я предполагаю,

1,8

  что конструкторы двигателя />/>увеличили это расстояние по />/>

7,5

  сравнению споршнями других />двигателей с цельюувеличения

2,2

 

79,7

  запасапрочности поршня при

Æ22,2

  работе нанизкооктановом бензине. При работе на таком топливе (А – 76) и небольшой

Рисунок 1

  мощностидвигателя возникает опасность детонации, которая может разрушить перегородкумежду донышком  поршня и канавкой поршневого кольца. Если использовать топливас более высоким октановым числом (А – 80, АИ – 90), которых не было на моментразработки двигателя и они не могли быть учтены конструкторами, то мы можемисключить возможность возникновения детонации и использовать дополнительныйзапас прочности поршня.

        

Предложения помодернизации двигателя МеМЗ 968ГЭ.

 

Рисунок 2

           Для улучшенияхарактеристик двигателя, повышения его мощности и уменьшения потреблениятоплива я предлагаю установить дополнительное компрессионное поршневое кольцона поршне двигателя. Кольцо предлагаю разместить в кольцевой канавке,проточенной в поршне на расстоянии 3,95 мм. от донышка, шириной 1,8 мм.  иглубиной 3,3 мм ( рис. 2 ). Ширина проточенной кольцевой канавки соответствуетширине канавки для установки верхнего компрессионного поршневого кольца. Приэтом толщина перегородки между /> /> /> /> /> /> <td/>

ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ПОРШНЯ

АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

МеМЗ968ГЭ

  /> /> /> /> /> />

Рисунок 1.

 
/> /> /> /> /> /> /> <td/>

МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ ПОРШЕНЬ

АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

МеМЗ968ГЭ

  /> /> /> /> /> />

Рисунок 2.

 

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

         Практическаяустановка дополнительного компрессионного поршневого кольца на двигателе МеМЗ968ГЭ автомобиля ЗАЗ 968М позволила определить, что давление компрессии вцилиндрах увеличилось до 11 кг./см2, мощность двигателя увеличиласьс 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 7,74литров на 100 км. или на 9% за счет более полного сгорания смеси ( см.приложение № 2).

         Однако приустановке дополнительного кольца мы увеличиваем площадь трущихся поверхностей,что увеличивает нагрев цилиндров и поршней. Так же вызывает нагрев и болеевысокое давление смеси в цилиндрах. При нагреве двигателя МеМЗ968ГЭ дотемпературы 1050С начинает теряться мощность и возникаетнеобходимость более эффективного охлаждения. Проблему снятия теплоизбытков япредлагаю решить следующим способом — можно установить второй вентилятор на валгенератора. Из стального листа толщиной 1 мм надо вырезать круг диаметром 190мм с отверстием в центре диаметром 16 мм. Разделив круг на 16 секторов, нужносделать надрезы по радиусам на глубину 50 мм. Получившиеся лопасти следуетизогнуть так же, как у основного вентилятора. С вала генератора надо отвернутьгайку, снять пружинную шайбу и установить на вал крыльчатку, надежно закрепивее теми же шайбами и гайкой ( см. рис. 3 ). Дополнительный вентилятор увеличит количествоподаваемого для охлаждения воздуха и позволить сделать более эффективнымохлаждение. Рекомендую применять в модернизированном двигателе гильзы цилиндровс аллюминиевым оребрением, имеющем более высокую теплоотдачу, чем гильзы счугунным оребрением.

         Дополнительнорекомендую использование анамегатора масла и модификатора топлива киевскойфирмы «Адиос». Выпускаемый этой фирмой анамегатор масла «Gold Ozerol МП – 8»модифицирует моторное масло так, что в двигателе вместо пар трения за счет поверхностно– активной пленки образуются

/> /> /> /> />

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ МеМЗ968ГЭ

  /> /> <td/> />

пары качения, что значительно уменьшает трение и нагрев двигателя. При этомзначительно увеличевается срок службы моторного масла. Уменьшение трения вкривошипно – шатунном механизме и механизме газораспределения позволит снизитьдавление механических потерь и увеличить мощность двигателя. Использованиемодификатора топлива «Adizol» так же позволяет получить поверхностно –активную пленку на стенках цилиндров, что уменьшает трение поршневых колец инагрев. Практическое применение этих двух веществ на двигателе показалоэкономическую выгодность — при стоимости анамегатора масла 16 грн. 50 коп. срокслужбы масла увеличивается при первой заливке с 7000 км. до 15000 км., а при второйзаливке – с 7000 км. до 30000 км., при стоимости модификатора топлива 4 копейкина литр топлива получается реальная экономия до 9% или около 11 копеек на литртоплива. Так же заметно уменьшается износ и нагрев компонентов двигателя. 

Установкадополнительного кольца производилась на трех двигателях. Двигатель автомобиляЗАЗ 968М выпуска 1985 года, эксплуатировавшийся в условиях Ялты сдополнительным поршневым кольцом, на момент выхода из строя шатуна имел пробег73 000 километров при норме пробега до капитального ремонта 60 000 километров.Представляемый поршень был установлен на этом двигателе и мы можем убедиться втом, что его износ не превышает нормы, а перегородка между донышком поршня иканавкой дополнительного поршневого кольца не имеет следов прогара иразрушения.

Двигательавтомобиля ЗАЗ 968М выпуска 1990 года, эксплуатировавшийся в условиях Фороса сдополнительным поршневым кольцом, на момент выхода из строя направляющейвпускного клапана механизма газораспределения  имел пробег 45 000 километров.При обследовании снятой поршневой группы не было обнаружено каких – либодеформаций или неисправностей.

На двигателеавтомобиля ЗАЗ968А выпуска 1980 года, эксплуатировавшегося в условиях Ялты сдополнительным поршневым кольцом после 55 000 километров пробега былапроизведена замена поршневых колец. Каких – либо следов разрушения илиповышенного износа поршневой группы обнаружено не было.

Выводы.

Установка дополнительного компрессионного поршневогокольца на двигателе МеМЗ 968ГЭ автомобиля ЗАЗ 968М позволила получитьувеличение мощности двигателя на 12,5 % и уменьшение времени разгона с места до100 км./час на 17%. Расход топлива при этом уменьшился на 9 %. Улучшилисьтяговые и разгонные характеристики автомобиля. Практическая эксплуатациямодернизированной поршневой группы на двигателях трех автомобилей показала, чтомодернизация не приводит к снижению надежности шатунно – поршневой группы.

Приложение № 1

Определение тяговых характеристикдвигателя МеМЗ968ГЭ.

 

Определение тяговых качеств производилось путем определениямаксимальной скорости автомобиля с двигателем, на котором была установленамодернизированная поршневая группа. Используемая методика рекомендуется заводом– изготовителем для определения тяговых характеристик двигателя и определенияего мощности. Максимальная скорость определялась при движении на высшейпередаче на мерном участке длиной 1 километр с хода. Замер производился послерегулировки ходовой части, регулировки развала – схождения колес, регулировкитоксичности выхлопа, предварительного разогрева двигателя до температуры +850С,сухом дорожном покрытии, температуре воздуха + 200С и отсутствииветра, в автомобиле находились 2 человека. Время прохождения мерного участкафиксировалось путем включения секундомера при пересечении начальной отметки иотключения при пересечении конечной отметки. Замер производился за два заезда в обоих направлениях участка, оба замера производились непосредственно один задругим.

Скорость автомобиля определялась по формуле: V= 3600/T(км. /час ), где

Т – время ( в секундах ) прохождения километровогомерного участка.2 За действительное значение максимальной скоростиавтомобиля было принято среднее арифметическое из величин скоростей, полученныхв двух заездах.

 

T1= 28 c.    V1=3600/28 = 128,6 км./час.

T2= 27,5 c. V2=3600/27,5 = 130,9 км./час.

V = (128,6+130,9)/2 = 129,75 км. /час.

Завод – изготовитель для определения мощности двигателя дает следующиеконтрольные цифры максимальной скорости в зависимости от мощности:

·    Двигатель МеМЗ968Э мощностью 30л.с.    – 118 км./час.

·    Двигатель МеМЗ968ГЭ мощностью 40л.с. – 123 км./час.

·    Двигатель  МеМЗ968БЭ мощностью 45л.с. – 130 км./час.

По результатам замера максимальной скорости можно сделать вывод, чтомощность двигателя в результате установки дополнительного компрессионногокольца увеличилась с 40 л. с. до 45 л. с. и прирост мощности составил 12,5%.

            Для полноты оценки тяговых качествпроизвели замер времени разгона от нуля до 100 км./час с последовательнымпереключением передач при тех же условиях, что и замеры максимальной скорости.Автомобиль разгонялся с места на первой передаче энергичным нажатием на педальакселератора. Трогание с места плавное. Переключение передач производилось быстро и бесшумно при наивыгоднейших режимах. Замеры производились в двухнаправлениях участка, непосредственно один за другим.

 

Т1= 30 сек.   Т2 = 28 сек.     Т = (30+28)/2 = 29 сек.

Завод – изготовитель даетследующие контрольную цифру времени разгона до

100 км./час:  для автомобиля ЗАЗ968М с двигателем МеМЗ968ГЭ – 35 сек.

Уменьшение времени разгонасоставило 6 сек. или на 17%.

Приложение № 2

Определение контрольного расходатоплива двигателем МеМЗ968ГЭ.

Эксплуатационный расход бензина является одним из параметров, характеризующих общее техническое состояние двигателя.Величина эксплуатационного расхода бензина в большей степени зависит отдорожных и климатических условий, режима движения (скорость, нагрузка,дальность и частота поездок) и совершенства вождения автомобиля (квалификацииводителя). В связи с этим нельзя с достаточной объективностью судить отехническом состоянии автомобиля по эксплуатационному расходу бензина, темболее по нему нельзя судить о техническом состоянии двигателя (так как нарасход бензина существенно влияет состояние ходовой части автомобиля). 

          Объективнымпоказателем технического состояния двигателя служит контрольный расходбензина. 

          Замер контрольного расходазаключается в определении расхода бензина (л/100 км) при скорости автомобиля 80км/ч с технически исправной ходовой частью при соблюдении условий испытания,изложенных в приложении № 1.

          Измерение выполнялся на участкедороги длиной 5 км, с постоянной скоростью, в двух противоположных направленияхдвижения по 2 раза в каждом направлении. При этом бензин в карбюратор подавалсяиз специальных мерных колб. Замеры производились лишь после того, как полностьюустановился нормальный тепловой режим двигателя. Завод – изготовитель даетконтрольную цифру контрольного расхода бензина для технически исправногоавтомобиля ЗАЗ968М с двигателем МеМЗ968ГЭ – 8,5 литров/ 100 км.

          Мерным участком служил 5 –километровый отрезок дороги Бахчисарай  — Симферополь с ровным профилем, сухимпокрытием.

           

При проведении контрольных замеров былиполучены следующие результаты:

            V1= 385 гр./5 км.

            V2= 388 гр./5 км.

            V3= 385 гр./5 км.

            V4= 390 гр./5 км.

     

            Среднийарифметический контрольный расход на 5 километров после четырех замеровсоставил:     

 

 Vзам= (V1+V2+V3+V4)/4 = (0,385+0,388+0,385+0,390)/4 = 0,387 л. / 5 км.

           

Контрольный расход топлива на 100километров составил:

            Vконтр.= Vзам. * 20 = 0,387 * 20 =7,74 л./100 км.

      

            Из результатов замера контрольного расхода топливаследует, что после установки дополнительного компрессионного кольца напоршневой группе расход уменьшился на  Vпасп. — Vконтр =8,5 – 7,74 = 0,76 л./100 км. или на 9%.

           

Список используемойлитературы.

 

1.   С. Фучаджи«Автомобиль ЗАЗ 968М, руководство по ремонту и

                            эксплуатации»,Запорожье, 1995 г.

2.   С. Шейнин«Автомобили «Запорожец», руководство по эксплуатации и

                         ремонту», Киев, Проминь, 1971 г.

3.   «Анамегаторы– ответы почти на все вопросы». Издание фирмы «Adioz»,

     Киев, 2001 г.

4.  Колчин А. И. Демидов В. П. «Расчет автомобильныхи тракторных

                           двигателей». Москва,Высшая школа, 1980г.

5.   Артамонов М.Д.,Морин М.М., Скворцов Г.А.«Основы теории и                   конструирования автотракторных двигателей.Конструирование и расчет автомобильных и тракторных  двигателей». Москва,Высшая школа, 1978

6.  «Двигателивнутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированныхдвигателей». /Под общ. ред. Орлина А.С., Круглова М.Г.– Москва,Машиностроение, 1990

Содержание.

 

1.        Введение ……………………………………………………………. 2

2.        Недостатки двигателяМеМЗ 968 и возможные           пути их устранения…………………………………………………..2

3.        Предложения по модернизации двигателя МеМЗ 968……………5

4.        Выводы ……………………………………………………………...11

5.        Приложения

·         Приложение № 1 ( замер тяговых характеристик ) ………………12

·         Приложение № 2 ( замер потребления топлива ) ………………...13

6.        Список используемой литературы………………………………...14