МАЛА АКАДЕМІЯ НАУК КРИМУ
Інженерно - технічна секція
Модернізація автомобільного двигуна
МеМЗ 968ГЕ для збільшення потужності, поліпшення
тягових характеристик і підвищення економічності.
Дійсний член МАН Криму «Шукач»
Учень 9 класу
Фороської загальноосвітньої школиI-IIIступені р Ялти
КОРАБЛЬОВ Артем
Науковий керівник - Корабльов А. Б.
Протягом багатьох десятиліть вітчизняним виробником, Запорізьким автомобільним заводом, випускався в різних модифікаціях автомобіль «Запорожець». За довгий час накопичився великий парк цих автомобілів і особливо моделі ЗАЗ 968 і його модифікацій. Машина показала себе невибагливою, що володіє високою прохідністю і непоганий здатністю навантаження. Багато автомобілів ЗАЗ є незамінними помічниками в умовах села і міста, поєднуючи в собі низьку вартість і простоту в обслуговуванні.
Однак при наявності багатьох позитивних якостей автомобіль ЗАЗ 968 має ряд конструктивних особливостей, які можна назвати його недоліками. Одним з найважливіших недоліків є мала потужність силового агрегату - двигуна МеМЗ 968ГЕ. Мала потужність поєднується з високим витратою палива, реально досягає 10 літрів на 100 кілометрів.
У нашій родині до недавнього часу був автомобіль ЗАЗ 968М і під час проведення ремонту я вирішив уважно вивчити двигун і спробувати внести такі зміни в його конструкцію, які б дозволили збільшити потужність з одночасним зниженням витрати палива.
Недоліки двигуна МеМЗ 968ГЕ і
можливі шляхи їх усунення.
Будь-які спроби внести зміни в паливну систему з метою економії палива приводили до позитивного результату тільки разом зі зниженням динамічних характеристик автомобіля. Однак в наших умовах гірської місцевості зменшення потужності в цілях економії палива призводить до іншого утруднення - перегріву на затяжних підйомах. Повітряне охолодження не дозволяє ефективно охолоджувати циліндри двигуна при роботі з дуже високими навантаженнями. Було потрібно вносити зміни в конструкцію двигуна, що стало можливим при його капітального ремонту.
Уважно вивчивши принципи роботи двигунів внутрішнього згоряння, я зрозумів, що потужність двигуна можна підвищити декількома шляхами:
- збільшенням об'єму циліндрів і кількості палива, що подається;
- збільшенням довжини ходу поршня і відповідним збільшенням ступеня стиснення паливно - повітряної суміші в циліндрах;
- збільшенням тиску стиснення паливно - повітряної суміші в циліндрах яким - або іншим способом.
Перший варіант мною не розглядалося, так так він призводить до ще більшого витраті палива.
Другий варіант виявився важко здійсненним, так як вимагає зміни конструкції колінчастого вала і подовження шатунів. Таку роботу можливо зробити тільки в заводських умовах і тому я не розробляв цей варіант.
Розробляючи третій варіант, я прийшов до висновку, що збільшити тиск стиснення робочої суміші в циліндрах можна двома способами - зменшити при стисненні витік суміші, а при робочому ході зменшити прорив вихлопних газів в картер двигуна між корпусом циліндра і корпусом поршня (перший спосіб), або примусово нагнітати повітря в циліндри для створення тиску в них ще на стадії впуску (другий спосіб).
Другий спосіб досить важкий в реалізації і вимагає ретельної розробки. В даний час я веду розробку конструкції нагнітача повітря сушіння, проте більш простим, хоча і менш ефективним, є перший спосіб. Розглянемо, що нам дасть ущільнення зазору між поршнем і стінками циліндра при роботі чотиритактного карбюраторного двигуна, яким є двигун МеМЗ968ГЕ.
При проектуванні і розрахунку двигуна внутрішнього згоряння величина тиску в циліндрі при стисканні робочої суміші (так звана компресія) має найважливіше значення і надає прямий вплив на ефективну потужність двигуна.
Почнемо з циклу впуску. Формула розрахунку тиску в кінці циклу впуску має вид:
де Р0 - щільність заряду (тиск в циліндрі) на впуску, D Ра - втрати повітря з - за опору впускних каналів і нещільності зазору між поршнем і циліндром. Тут ми бачимо, що ущільнення зазору зменшує втрати при впуску за рахунок збільшення розрідження в циліндрі при впуску.
Відповідно ми маємо тиск в кінці стиснення відповідно до формули:
де Ра - тиск в кінці циклу впуску, e - ступінь стиснення (в нашому випадку величина незмінна, що залежить від співвідношення довжини ходу поршня і величини робочої камери), n - коефіцієнт Політропний процесу (в нашому випадку не змінює значення).
З нього ми можемо здобути середню ефективне тиск робочого циклу:
де pi - індикаторне тиск робочого циклу двигуна, прямо пропорційне тиску при стисненні (pi = Pc / e- 1). pm - тиск механічних втрат на подолання опору кривошипно - шатунного механізму, сил інерції, що виникають при роботі двигуна і опору зовнішніх пристроїв (генератора, паливного насоса і т.д.), а так само втрати при прориві газів через нещільності газорозподільних клапанів і нещільність між стінками циліндра і поршнем.
Ефективна потужність двигуна розраховується за формулою:
З неї ми бачимо, що потужність прямо пропорційна середньому ефективному тиску робочого циклу.
При додатковому ущільненні зазору між стінками циліндра і поршнем ми отримуємо збільшення заряду при впуску, відповідно отримуючи більш високий тиск при стисненні. Це дає нам більш високий середній ефективний тиск робочого циклу, що призводить до збільшення потужності двигуна.
В автомобільному двигуні роль ущільнювача між стінками циліндра і поршнем виконують компресійні поршневі кільця. У двигуні МеМЗ 968ГЕ їх два - верхнє і нижнє. Поршнева група забезпечує таку ступінь стиснення, яка відповідає тиску компресії в циліндрах 9 кг. / См 2 при обсязі циліндрів +1198 см 3. Автомобільні двигуни ВАЗ, АЗЛК, які мають близькі за значенням обсяги циліндрів (ВАЗ 2101 - 1200 см 3), розвивають тиск компресії в циліндрах 12 кг. / см 2. Така істотна різниця виходить за рахунок великих теплових зазорів між поршнем і циліндром в двигуні МеМЗ 968ГЕ з - за малоефективного повітряного охолодження.
При розгляді поршневий групи, знятої для ремонту, я звернув увагу на велику відстань між денцем циліндра і кільцевої канавкою для установки верхнього поршневого кільця (рис. 1). Я припускаю,
потужності двигуна виникає небезпека детонації, яка може зруйнувати перегородку між денцем поршня і канавкою поршневого кільця. Якщо використовувати палива з вищим октановим числом (А - 80, АІ - 90), яких не було на момент розробки двигуна і вони не могли бути враховані конструкторами, то ми можемо виключити можливість виникнення детонації і використовувати додатковий запас міцності поршня.
Пропозиції по модернізації двигуна МеМЗ 968ГЕ.
Для поліпшення характеристик двигуна, підвищення його потужності і зменшення споживання палива я пропоную встановити додаткове компрессионное поршневі кільця на поршні двигуна. Кільце пропоную розмістити в кільцевій канавці, проточенной в поршні на відстані 3,95 мм. від денця, шириною 1,8 мм. і глибиною 3,3 мм (рис. 2). Ширина проточенной кільцевої канавки відповідає ширині канавки для установки верхнього компресійного поршневого кільця. При цьому товщина перегородки між
ОСНОВНІ РОЗМІРИ ПОРШНЯ
денцем поршня і канавкою складе 3 мм. що відповідає товщині перегородок між кільцями.
Практична установка додаткового компресійного поршневого кільця на двигуні МеМЗ 968ГЕ автомобіля ЗАЗ 968М дозволила визначити, що тиск компресії в циліндрах збільшилася до 11 кг. / См 2. потужність двигуна збільшилася з 40 л. с. до 45 л. с. Покращилися тягові та динамічні характеристики - час набору швидкості до 100 км. / Год. зменшилася на 6 секунд або на 17% (див. додаток № 1). Витрата палива зменшився з 8,5 (за паспортом) до 7,74 літрів на 100 км. або на 9% за рахунок більш повного згоряння суміші (див. додаток № 2).
Однак при установці додаткового кільця ми збільшуємо площу поверхонь, що труться, що збільшує нагрів циліндрів і поршнів. Так само викликає нагрів і більш високий тиск суміші в циліндрах. При нагріванні двигуна МеМЗ968ГЕ до температури 105 0 С починає втрачатися потужність і виникає необхідність більш ефективного охолодження. Проблему зняття теплонадлишків я пропоную вирішити наступним способом - можна встановити другий вентилятор на вал генератора. З сталевого листа товщиною 1 мм треба вирізати коло діаметром 190 мм з отвором в центрі діаметром 16 мм. Розділивши коло на 16 секторів, потрібно зробити надрізи по радіусах на глибину 50 мм. Утворені лопаті слід зігнути так само, як у основного вентилятора. З валу генератора треба відвернути гайку, зняти пружинну шайбу і встановити на вал крильчатку, надійно закріпивши її тими ж шайбами і гайкою (див. Рис. 3). Додатковий вентилятор збільшить кількість подаваного для охолодження повітря і дозволити зробити більш ефективним охолодження. Рекомендую застосовувати в модернізованому двигуні гільзи циліндрів з алюмінієвих ребрами, що має більш високу тепловіддачу, ніж гільзи з чавунним ребрами.
Додатково рекомендую використання анамегатора масла і модифікатора палива київської фірми «Адиос». Що випускається цією фірмою АНАМЕГАТОР масла «Gold Ozerol МП - 8» модифікує моторне масло так, що в двигуні замість пар тертя за рахунок поверхнево - активної плівки утворюються
АВТОМОБІЛЬНОГО ДВИГУНА МеМЗ968ГЕ
Установка додаткового кільця проводилася на трьох двигунах. Двигун автомобіля ЗАЗ 968М випуску 1985 року, що експлуатувався в умовах Ялти з додатковим поршневим кільцем, на момент виходу з ладу шатуна мав пробіг 73 000 кілометрів при нормі пробігу до капітального ремонту 60 000 км. Представлений поршень був встановлений на цьому двигуні і ми можемо переконатися в тому, що його знос не перевищує норми, а перегородка між денцем поршня і канавкою додаткового поршневого кільця не має слідів прогара і руйнування.
На двигуні автомобіля ЗАЗ-968 випуску 1980 року, що експлуатувалося в умовах Ялти з додатковим поршневим кільцем після 55 000 кілометрів пробігу була проведена заміна поршневих кілець. Яких - або слідів руйнування або підвищеного зносу поршневий групи виявлено не було.
Установка додаткового компресійного поршневого кільця на двигуні МеМЗ 968ГЕ автомобіля ЗАЗ 968М дозволила отримати збільшення потужності двигуна на 12,5% і зменшення часу розгону з місця до 100 км. / Год на 17%. Витрата палива при цьому зменшився на 9%. Покращилися тягові і розгінні характеристики автомобіля. Практична експлуатація модернізованої поршневий групи на двигунах трьох автомобілів показала, що модернізація не призводить до зниження надійності шатунно - поршневої групи.
Визначення тягових характеристик двигуна МеМЗ968ГЕ.
Визначення тягових якостей проводилося шляхом визначення максимальної швидкості автомобіля з двигуном, на якому була встановлена модернізована поршнева група. Використовувана методика рекомендується заводом - виробником для визначення тягових характеристик двигуна і визначення його потужності. Максимальна швидкість визначалася при русі на вищій передачі на мірному ділянці довжиною 1 кілометр з ходу. Замір проводився після регулювання ходової частини, регулювання розвалу - сходження коліс, регулювання токсичності вихлопу, попереднього розігріву двигуна до температури +85 0 С, сухому дорожньому покритті, температурі повітря +20 0 С і відсутності вітру, в автомобілі перебували 2 людини. Час проходження мірного ділянки фіксувалося шляхом включення секундоміра при перетині початкової позначки і відключення при перетині кінцевої позначки. Замір проводився за два заїзди в обох напрямках ділянки, обидва виміру проводилися безпосередньо один за іншим.
Швидкість автомобіля визначалася за формулою: V = 3600 / T (км. / Год), де
Т - час (в секундах) проходження кілометрового мірного участка.2 За дійсне значення максимальної швидкості автомобіля було прийнято середнє арифметичне з величин швидкостей, отриманих в двох заїздах.
V = (128,6 + 130,9) / 2 = 129,75 км. /година.
Завод - виробник для визначення потужності двигуна дає такі контрольні цифри максимальної швидкості в залежності від потужності:
· Двигун МеМЗ968Е потужністю 30 л.с. - 118 км. / Год.
· Двигун МеМЗ968ГЕ потужністю 40 л.с. - 123 км. / Год.
· Двигун МеМЗ968БЕ потужністю 45 л.с. - 130 км. / Год.
За результатами виміру максимальної швидкості можна зробити висновок, що потужність двигуна в результаті встановлення додаткового компресійного кільця збільшилася з 40 л. с. до 45 л. с. і приріст потужності склав 12,5%.
Для повноти оцінки тягових якостей справили завмер часу розгону від нуля до 100 км. / Год з послідовним перемиканням передач при тих же умовах, що і виміри максимальної швидкості. Автомобіль розганявся з місця на першій передачі енергійним натисканням на педаль акселератора. Рушання з місця плавне. Перемикання передач вироблялося швидко і безшумно при найвигідніших режимах. Заміри проводилися в двох напрямках ділянки, безпосередньо один за іншим.
Завод - виробник дає наступні контрольну цифру часу розгону до
100 км. / Год: для автомобіля ЗАЗ968М з двигуном МеМЗ 968ГЕ - 35 сек.
Зменшення часу розгону склало 6 сек. або на 17%.
Визначення контрольного витрати палива двигуном МеМЗ968ГЕ.
Експлуатаційний витрата бензину є одним з параметрів, що характеризують загальний технічний стан двигуна. Величина експлуатаційного витрати бензину в більшій мірі залежить від дорожніх і кліматичних умов, режиму руху (швидкість, навантаження, дальність і частота поїздок) і досконалості водіння автомобіля (кваліфікації водія). У зв'язку з цим не можна з достатньою об'єктивністю судити про технічний стан автомобіля з експлуатаційного витраті бензину, тим більше по ньому не можна судити про технічний стан двигуна (так як на витрату бензину істотно впливає стан ходової частини автомобіля).
Замір контрольного витрати полягає у визначенні витрат на бензин (л / 100 км) при швидкості автомобіля 80 км / год з технічно справною ходовою частиною при дотриманні умов випробування, викладених в додатку № 1.
Вимірювання виконувався на ділянці дороги довжиною 5 км, з постійною швидкістю, в двох протилежних напрямках руху по 2 рази в кожному напрямку. При цьому бензин в карбюратор подавався зі спеціальних мірних колб. Заміри проводилися лише після того, як повністю встановився нормальний тепловий режим двигуна. Завод - виробник дає контрольну цифру контрольного витрати бензину для технічно справного автомобіля ЗАЗ968М з двигуном МеМЗ968ГЕ - 8,5 літрів / 100 км.
Мірним ділянкою служив 5 - кілометровий відрізок дороги Бахчисарай - Сімферополь з рівним профілем, сухим покриттям.
При проведенні контрольних замірів були отримані наступні результати:
Середній арифметичний контрольний витрата на 5 кілометрів після чотирьох вимірів склав:
Контрольна витрата палива на 100 кілометрів склав:
З результатів виміру контрольного витрати палива слід, що після установки додаткового компресійного кільця на поршневий групі витрата зменшився на Vпасп. -Vконтр = 8,5 - 7,74 = 0,76 л. / 100 км. або на 9%.
Список використаної літератури.
1. С. Фучаджи «Автомобіль ЗАЗ 968М, керівництво по ремонту та
2. С. Шейнін «Автомобілі« Запорожець », керівництво по експлуатації та
ремонту ». Київ, Промінь, 1971 p
3. «АНАМЕГАТОР - відповіді майже на всі питання». Видання фірми «Adioz»,
4. Колчин А. І. Демидов В. П. «Розрахунок автомобільних і тракторних
двигунів ». Москва, Вища школа, 1980р.
5. Артамонов М.Д. Морін М.М. Скворцов Г.А. «Основи теорії та конструювання автотракторних двигунів. Конструювання і розрахунок автомобільних і тракторних двигунів ». Москва, Вища школа, 1978
2. Недоліки двигуна МеМЗ 968 і можливі
шляхи їх усунення ......................................................... ..2
3. Пропозиції по модернізації двигуна МеМЗ 968 ............... 5
· Додаток № 1 (завмер тягових характеристик) .................. 12
· Додаток № 2 (завмер споживання палива) ................... 13
6. Список використаної літератури ..................................... 14
Супер у Вас сайт! Зроби паузу, студент, ось розважся: Був студентом, ходив до університету тільки заради столовки. Тепер я там викладаю. Мотивація не змінилася. До речі, анекдот узятий з chatanekdotov.ru