Модернизация серийно выпускаемого автомобиля ГАЗ-3302 «Газель»

Аннотация
    В данном дипломном проекте предлагается модернизация серийно выпускаемого автомобиля ГАЗ-3302 «Газель». Так как усовершенствованный автомобиль задумывалось использовать, в первую очередь, на объектах природообустройства, гидротехническом строительстве и в качестве автомобиля аварийных служб, т.е. в условиях грунтовых дорог и бездорожья, в качестве стоковой машины принят полно-приводной вариант «Газели». Целью усовершенствования является улучшение топливо- экономических и экологических характеристик автомобиля. Цель усовершенствований заключается в следующем. Серийный карбюраторный двигатель меняется на дизельный с турбо наддувом и промежуточным охлаждением надуваемого воздуха, что увеличивает существенную экономию топлива и улучшает срок эксплуатации двигателя. Модернизируется раздаточная коробка для улучшения срока эксплуатации трансмиссии. Усовершенствованию в свою очередь подверглись передний и задний мосты в них устанавливаются блокирующие устройства меж колёсных дифференциалов, что в свою очередь значительно улучшает проходимость и сокращает потери топлива при пробуксовке колёс. Дабы соответствовать экологическому стандарту Euro4  и снижению токсичности выхлопных газов на усовершенствованный автомобиль, в систему выпуска дополнительно устанавливается каталитический нейтрализатор отработанных газов.
    
    
    
    
    
    
    Введение
    В данном дипломном проекте предлагается модернизация автомобиля ГАЗ 3302 «Газель» типа 4X4 с двухрядной кабиной и тентом, так как эта модель наиболее подходит для ремонта, обслуживания и проведения небольшого ремонта техники, используемой при строительстве гидротехнических сооружениях и на объектах природообустройства, а так же для доставки обслуживающего персонала к этим объектам.
    Модернизация автомобиля заключается в замене серийного карбюраторного двигателя на дизельный с турбонаддувом. А так же, модернизации трансмиссии, суть которой состоит в изменении  передаточного числа повышающей передачи в раздаточной коробке и установке блокирующих устройств на передний и задний мост автомобиля.
    Предлагаемая модернизация трансмиссии позволит улучшить проходимость автомобиля в условиях бездорожья.
    Модернизация автомобиля может проводится при регламентных работах в условиях сервисно-ремонтных мастерских.
         Дипломный проект состоит из нескольких частей:
1. Обоснование замены серийного карбюраторного двигателя на дизельный двигатель.
2. Проработка изменений в трансмиссии автомобиля для улучшения проходимости в условиях бездорожья.
3. Тепловой расчет дизельного двигателя.
4. Сравнение тягового-динамических характеристик серийного и модернизированного автомобилей.
5. Проработка компоновки и размещение дополнительного оборудования и принадлежностей для проведения сервисных и мелких ремонтных работ машин и оборудования используемых при гидротехническом строительстве и в природообустройстве.
6. Экономический расчет эффективности от внедрения и использования усовершенствованной машины.
Общие сведения об автомобиле и его основных модификациях.
    13 июля 1994 года на главном конвейере Горьковского автозавода началось серийное, промышленное, производство нового малотоннажного автомобиля Газ - 3302 «Газель». Конструкторская разработка автомобиля была проведена специалистами завода с учётом специфических дорожно-климатических условий России, а также современных требований, предъявляемых к грузовым автомобилям этого класса, и технологических особенностей производства Горьковского автозавода. Для расширения потребительских возможностей полная масса автомобиля была ограниченна 3,5 т. С целью обеспечения удовлетворительной проходимости автомобиля по дорогам России зимой и в межсезонье были выбраны такие технические решения, как полу капотная кабина и задний ведущий мост с двойными задними колесами. Все это в целом дало достаточно хорошую развесовку массы автомобиля по осям, как в снаряженном, так и в груженом состоянии.
    Для сокращения сроков подготовки производства были широко использованы узлы, агрегаты и детали от легковых автомобилей ГАЗ. 
    В будущем предусмотрена установка нового двигателя модели ЗМЗ-496 Заволжского моторного завода. Коробка передач - пятиступенчатая, полностью синхронизированная. От КПП легкового автомобиля отличается измененным рядом передаточных чисел, адаптированных под грузовой автомобиль. Все шестерни вторичного вала установлены на игольчатых подшипниках, что продлевает долговечность этого узла и понижает уровень шума. Карданная передача двухвальная с промежуточной опорой. 
    Задний мост - неразъемный Главная передача - гипоидная. Дифференциал - с четырьмя сателлитами. Картер главной передачи и детали дифференциала унифицированы с мостом, применяемом на легковом автомобилеПередние кронштейны рессор, принимающие нагрузку от подрессоренной массы автомобиля и толкающие усилия от рессор, приклепаны к лонжеронам и фланцам поперечин, что улучшает общую жесткость рамы.
    Принимая во внимание Российские дорожные условия, подвеска автомобиля исполнена на рессорах.. Коренные и вторые листы во всех вариантах рессор передней и задней подвесок унифицированы.
    В задней подвеске установлена дополнительная рессора. Передние и задние телескопические гидравлические амортизаторы унифицированы между собою. На моделях автомобилей с кузовами типа «фургон», у которых центр тяжести расположен выше, чем у бортовых, в задней подвеске предусмотрена установка стабилизатора поперечной устойчивости.
    Передняя ось - цельнокованая балка, соединенная с поворотными кулаками при помощи шкворней. 
    Крепление колес - бесфуторочное. С целью облегчения управляемости и улучшения маневренности разработан рулевой механизм типа «винт шариковая гайка», который позволяет, снизить угол поворота до 4-5°, соответственно минимальный радиус поворота в пределах шести метров. 
    Тормозная система имеет гидравлический привод с раздельными контурами торможения передними и задними колесаСтояночная тормозная система состоит из тросового привода на задние колеса.
    Кабина автомобиля - цельнометаллическая трехместная. Сидения водителя и пассажиров - раздельные. Сиденье водителя унифицировано с сиденьем легкового автомобиля ГАЗ-31029 и имеет те же регулировки.
    В первую очередь - это автомобили на шасси ГАЗ-33022, которые оборудуются разными  кузовами (общего назначения, изотермическими, рефрижераторными и др.). Многие из них изготовляются на специализированных предприятиях в различных регионах страны. В среднем грузоподъемность фургонов общего назначения составило около 1350 кг. Внутренние размеры кузова-фургона, собранного на ГАЗ (длина, ширина, высота) составляют 3090x2000x1750 мм Грузопассажирская модификация ГАЗ-33023 грузоподъемностью до1000 кг имеет двухрядную кабину вместимостью 6 чел. Внутренние размеры укороченной платформы (длина, ширина, высота бортов) -2300x1945x380 мм. Внутренняя высота под тентом -1520 мм. Полноприводный автомобиль ГАЗ-33027 грузоподъемностью до1300 кг имеет постоянный полный привод на все колеса, раздаточную коробку с понижающей передачей и межосевым дифференциалом, передний ведущий тост с одинарными универсальными шарнирами место шарниров равных угловых скоростей, а также мины увеличенного диаметра с рисунком протектора увеличенной проходимости. Второй базовой моделью в семействе «Газелей» является автомобиль ГАЗ-2705 с цельнометаллическим кузовом фургоном. Кузов имеет три двери две задние и одну боковую Грузоподъемность автомобиля до 1350 кг. Габаритные размеры автомобиля (длина, ширина, высота) -5500x2075x2220 мм. Микроавтобус ГАЗ-3221 в сегменте «Люкс» вмещает 8 пассажиров плюс шофер, а также имеет лучшую отделку салона и более комфортные сиденья. 
    Двигатели автомобилей Газ.
    Автомобильный двигатель ЗМЗ-4062.10
    Двигатель ЗМЗ-4-062.10 бензиновый, 4-х тактный, с 4-х клапанной схемой газораспределения, двумя верхними распределительными валами, центральным расположением свечей зажигания. Двигатель имеет комплексную микропроцессорную система управления впрыском топлива и зажиганием с обратными связями по датчику детонации и датчику кислорода в отработавших газах. Использование блока цилиндров из чугуна обеспечивает высокую жесткость конструкции и стабильность параметров двигателя, тем самым увеличивая его надежность и долговечность.
    С целью снижения трудоемкости обслуживания в двигателе применены гидравлические толкатели клапанов, гидравлические натяжители цепей, поликлиновой ремень привода вспомогательных агрегатов.  
    Технические характеристики ЗМЗ-4062. 10
Количество цилиндров	4
Рабочий объем цилиндров, л	2,3
Степень сжатия	9,5-1
Номинальная мощность при частоте вращения 
коленчатого вала 5200 мин-1, кВт(л.с)                                                 118 (150)
Максимальный крутящий момент при частоте вращения
коленчатого вала 4000 мин/Н·м (кгс·м)…………………………. 206 (21,0)
Минимальный удельный расход топлива г/кВт·ч(г/л.с.·ч)…………252(185)
Расход масла на угар % от расхода топлива…………………………….0,3
Ресурс до первого капитального ремонта, км ………………………. 250000
Масса, кг	 180
Топливо: …………………………………………………………………Аи-92

Дизельные двигатели, устанавливаемые на автомобили Газ».
Двигатель ГА3-560 (М-14 Styer)
Двигатель производятся по лицензии фирмы «Styer» (Австрия). Оригинальная конструкция двигателя: использование насос - форсунок с электронным управлением, монолитная конструкция блока, высокая надежность, низкий уровень токсичности отработанных газов и шума. Двигатель имеет две модификации: с газотурбинным наддувом без охлаждения и с промежуточным охлаждением наддуваемого воздуха.
    В будущем планируется производство семейства унифицированных 5- и 6- цилиндровых дизельных двигателей для грузовиков средней грузоподъёмности типа ГАЗ-3309, для полноприводных автомобилей типа ГАЗ-33097 «Садко» и спецавтомобилей. Семейство унифицированных дизельных двигателей ТС - с турбонаддувом, ТСА - с турбонаддувом и охлаждением наддуваемого воздуха.
    
    Модель
    ГА3-560 М14
    ГАЗ-5601 М14
    ГАЗ-561М15
    ГА3-562 М16
    Наддув
    ТС
    ТСА
    ТС
    ТС
    Число цилиндров
    4
    4
    5
    6
    Рабочий объем, л
    2,130
    2,130
    2,67
    3,2
    Номинальная мощность,
    к В т/ л. с,
    70/95
    81/110
    86/116
    92/125
    Максимальный момент,
    Н*м
    200 при
    2300об/мин
    250 при
    4800 об/мин
    260 при
    4800 об/мин
    300 при
    4800 об/мин
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    Тяговый расчет автомобиля
    Тяговым расчетом определяется: полная масса автомобиля, расчетные скорости движения, передаточные числа трансмиссии и мощность двигателя.
Полная масса автомобиля определяется по формуле:
    (2.1)
    где:   =2100 кг - масса снаряженного автомобиля, кг;
    = 800 кг - масса груза (номинальная грузоподъемность)кг
    n= 6 - число мест в кабине;
    a= 75 кг - масса водителя или пассажира, кг.
    
    Сила тяжести (вес) автомобиля определяется по формуле:	 (2.2)
    где:   m=3350 кг- полная масса автомобиля, кг;
    g=9,81м/с- ускорение свободного падения, м/с;
    
Радиус качения ведущих колёс определяют по формуле:
    , м (2.3)
    где:   =0,322 м - статический радиус колеса, м;
    
Для дальнейших расчётов принимаю радиус качения ведущих колес 
Номинальная мощность двигателя, необходимая для движения полностью загруженного автомобиля вычисляется по формуле:
    , кВт  (2.4)
    где:   G = 32863,5 Н - полный вес автомобиля ( сила тяжести);
    = 0,039 - приведенный коэффициент сопротивления дороги;
    = 110 км/ч - максимальная скорость движения, км/ч;
    = 0,95 - механический КПД трансмиссии;
    - сила сопротивления воздуха.
    Сила сопротивления воздуха определяется по формуле:
     (2.5)
    где: =0,2 - коэффициент обтекаемости;
    =1,293кг/м3- плотность воздуха
    V=30,56 м/с - скорость движения автомобиля
    F - площадь лобовой поверхности, м2 .
    Площадь лобовой поверхности определяется по формуле: 
     (2.6)
    где:    В = 1,9 м - ширина лобовой поверхности; 
    Н = 1,6 м - высота лобовой поверхности.
    
Для дальнейших расчётов принимаю площадь лобовой поверхности
    F=3,04 м2.
    
Для дальнейших расчётов принимаю силу сопротивления воздуха 
    
Для дальнейших расчётов принимаю номинальную мощность двигателя, необходимую для движения полностью загруженного автомобиля .
    4. Передаточные числа коробки передач.
    Кинематическую схему трансмиссии и передаточные числа коробки передач принимаю как у прототипа.
    Передача
    Передаточные числа
    Главная передача 
    5,125
    1
    4,05
    2
    2,34
    3
    1,395
    4
    1
    5
    0,849
    Раздаточная коробка
    
    Повышенная передача
    1,07
    Пониженная передача
    2
    Передаточные числа коробки передач:
    Расчетные скорости движения на каждой передаче с включенной повышенной передачи определяются по формуле: 
     (2.7)
    Расчётная скорость движения на 1 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 1 передаче 
     Расчётная скорость движения на 2 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 2 передаче 
    Расчётная скорость движения на 3 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 3 передаче 
    Расчётная скорость движения на 4 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 4 передаче 
    Расчётная скорость движения на 5 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 5 передаче 
    Расчётные скорости движения
    Передача
    Скорость движения, км/ч
    1
    25,8
    2
    44,6
    3
    74,8
    4
    104
    5
    123
    Расчетные скорости движения на каждой передаче с включенной пониженной передачей определяются по формуле:
     (2.8)
    Расчётная скорость движения на 1 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 1 передаче 
     Расчётная скорость движения на 2 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 2 передаче 
    Расчётная скорость движения на 3 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 3 передаче 
    Расчётная скорость движения на 4 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 4 передаче 
    Расчётная скорость движения на 5 передаче:
    
    Для дальнейших расчетов принимаю расчетную скорость на 5 передаче 
    Расчётные скорости движения
    Передача
    Скорость движения, км/ч
    1
    13,77
    2
    23,8
    3
    40
    4
    56
    5
    65,74
    
    
    Тепловой расчет двигателя
    Тепловой расчет является ориентировочным; данные, полученные в ходе расчета, могут отличаться от реальных (стендовых) показателей.
    1. Выбор и обоснования исходных данных к тепловому расчету. 
    
    
    Давление и температура остаточных газов
    Давление остаточных газов в основном зависят от числа и расположения клапанов и их размеров, сопротивления выпускного тракта, быстроходности двигателя, систем охлаждения и других факторов и для их автомобильных двигателей находится в пределах: для быстроходных дизелей  (3.1)
    для тихоходных дизелей (3.2)
    для карбюраторных двигателей - (3.3)
    Большее значения принимается для высокооборотных двигателей с высокой средней скоростью поршня. Для дизелей с наддувом можно принимать  (3.4)
    где: - давление воздуха на выходе из нагнетателя.
    Для дальнейших расчетов принимаю давление остаточных газов 
    Температуры остаточных газовзависит от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения, коэффициента избытка воздуха, степени догорания топлива в процессе расширения, нагрузки и для выполненных конструкций двигателей имеет значения: в дизелях -
    С увеличением степени сжатия эта температура снижается, а при увеличении частоты вращения она растет.
    На температуру остаточных газов влияет также состав смеси. С увеличением коэффициента избытка воздуха температураснижается.Для дальнейших расчетов температуру остаточных газов принимаю  
Подогрев свежего заряда
    Величина подогрева свежего зарядазависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения двигателя и охлаждения впускного трубопровода, быстроходности двигателя, наддува и других факторов. В существующих конструкциях двигателей подогрев составляет: 
    карбюраторные двигатели - 
    дизели без наддува -
    дизели с наддувом -
    как правило, V - образные двигатели по сравнению с рядными имеют меньший подогрев заряда.
    Для дальнейших расчетов принимаю подогрев заряда 
    Коэффициент избытка воздуха
    Принимаемое для расчета значение коэффициента избытка воздуха в основном определяется типом двигателя и способом смесеобразования и при номинальной мощности двигателя находится в пределах:
    для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием
    
    для дизелей с камерой в поршне и объемно-пленочным смесеобразованием 
    для дизелей с предкамерами, 
    для дизелей с вихревыми камерами, 
    для четырехтактных карбюраторных двигателей, 
    для дизелей с наддувом, 
    При этом, чем больше частота вращения двигателя и чем больше средняя скорость поршня, тем меньше может быть принято значение,  для данного типа двигателя. Для дальнейших расчетов принимают коэффициент избытка воздуха, 
    Топливо
    Для автомобильных и тракторных двигателей применяются автомобильные бензины (ГОСТ 2084-77) и дизельные топлива (ГОСТ 305-82).  Элементарный состав и теплота сгорания топлива.
    Топливо
    Содержание в массовых долях
Молекулярная масса топлива
    
  Кг/кмоль
Низшая теплота сгорания топлива кДж/кг
    
С
Н
О
    
    
Автомобильный бензин
    0,855
    0,145
    -
  110...120
    44000
Дизельное топливо
    0,87
    0,125
   0,005
  180...200
    42500
    
Показатели политроп сжатия и расширения
    Средний показатель политроп сжатия  зависит от частоты вращения вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.Для современных двигателей среднее значение политроп сжатия находится в пределах:
    для дизелей с неразделенными камерами сгорания -  
    для дизелей с разделенными камерами сгорания -
    для карбюраторных двигателей - 
    При выборе  следует иметь в виду, что  увеличением частоты вращения двигателя показатель политроп увеличивается. Дизели с камерой в поршне имеют  близкий к 1,4. В дальнейших расчетов принимают показатель политроп сжатия  Средний показатель политроп расширения  зависит от степени догорания топлива, интенсивности отвода тепла в процессе расширения, утечек через не плотности и находится в пределах: 
    для дизелей - 
    для карбюраторных двигателей - 
    При этом меньше значение  относится к высокооборотным дизелям с невысокими степенями увеличения давления. Показатель растет при повышении интенсивности охлаждения деталей двигателя и увеличением утечек заряда через неплотности. Для дальнейших расчетов принимаю показатель политроп расширения 
    Коэффициент использования тепла, 
    Коэффициент использования тепла  выражает долю тепла используемого на участке видимого сгорания на повышение внутренней энергии и исполнения работы. Величина его зависит от конструктивных параметров двигателя, режима работы и регулировки двигателя, способа смесеобразования, формы камеры сгорания и других факторов. Чем идеальнее процесс смесеобразования и лучше скорость сгорания, тем больше . При поздних углах опережения зажигания и впрыска топлива увеличивается догорание топлива в ходе расширения и уменьшается . С повышением частоты вращения относительная теплоотдача в стенки цилиндра снижается, но более значительное влияние оказывает догорание топлива и потому понижается . Увеличение степени сжатия и применение компактных камер сгорания приводит к увеличению .
    Коэффициент использования тепла находится в пределах: 
    для дизелей с неразделенными камерами сгорания - 
    для дизелей с разделенными камерами сгорания - 
    для карбюраторных двигателей с верхним расположением клапанов 
    Для дальнейших расчетов принимаю коэффициент использования тепла
    2. Определение параметров состояния рабочего тела 
    
    
    
    
    
    Процесс впуска
    Давление в конце впуска определяется по формуле:
     (3.5)
    где: - потери давления вследствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре. Потери давления приближенно определяют по уравнение Бернулли:
     (3.6)
    где:    - коэффициент затухания скорости движения заряда;
    -	коэффициент сопротивления впускной системы;
    -	средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (в клапанах);
    - плотность заряда на впуске. 
    По опытным данным в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме работы:  и .
    Чем больше быстроходность двигателя и выше средняя скорость движения поршня тем эти значения выше.
    Плотность заряда на впуске определяется по уравнения состояния идеального газа:
     (3.7)
    где:   
    
    - удельная газовая постоянная воздуха. 
    Для дальнейших расчетов принимаю 
     и 
    
    Для дальнейших расчетов плотность заряда на впуске принимаю
    ; 
    В двигателях без наддува потери давления находятся в пределах: 
    карбюраторные двигатели -
    дизели -
    для дизелей с наддувом 
    Полученное значение   удовлетворяет условию: 0,003<0,00767<0,010. Для дальнейших расчетов принимаю 
    
    
    Коэффициент остаточных газов определяется по формуле:
     (3.8)
    где:     - степень сжатия.
    
    Для четырехтактных двигателей  находится в пределах: 
    дизели без наддува - 
    дизели с наддувом -
    карбюраторные двигатели -
    Полученное значение  удовлетворяет условию 0<0,018<0,02. Для дальнейших расчетов принимаю 
    
    
    Температура в конце впуска определяется по формуле:
     (3.9)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    
    Коэффициент наполнения определяется по формуле:
     (3.10)
    По опытным данным коэффициент наполнения при полной нагрузке двигателя составляет:
    для четырехтактных карбюраторных двигателей с верхним расположением клапанов -
    для дизелей с неразделенными камерами сгорания -
    для дизелей с наддувом -
    Нижнее значение относится к двигателям с высокой средней скоростью поршня.
    
    Полученное значение  удовлетворяет условию: 0,8<0,89<0,97. Для дальнейших расчетов принимаю.
    Процесс сжатия
    Давление в конце сжатия определяется по формуле:
     (3.11)
    где: - степень сжатия
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Температура в конце сжатия определяется по формуле:
     (3.12)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю .
    
    
    
    
    Процесс сгорания
    Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива определяется по формуле:
     (3.13)
    где: С,Н,О - массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;
    0,21 - объемное содержание кислорода в 1 кг воздуха.
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Действительное количество молей свежего заряда для дизельных двигателей определяется по формуле:
    (3.14)
    где:     (3.15) - действительное количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива;
    - молекулярная масса паров дизельного топлива (принимаем).
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    Количество молей продуктов сгорания при а>1 определяется по формуле:
     (3.16)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси определяется по формуле:
     (3.17)
    где: - коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.
    Коэффициент для дизельных двигателей находится в пределах 
    
    
    Полученное значение  удовлетворяет условию 1,10< 1,12<1,15. 
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Температура в конце видимого сгорания Т, определяется из уравнения сгорания. В общем, виде уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид:
     (3.18)
    где:    - коэффициент использования тепла;
    - низшая теплота сгорания топлива в кДж/кг;
                 
        и - средние мольные теплоемкости при постоянном объеме, соответственно, рабочей смеси и продуктов сгорания, кДж/кмольК. 
    Значения средних мольных теплоемкостей приближенно могут быть определены по выражениям: для рабочей смеси:
    
    
    для продуктов сгорания в дизельных двигателях:
    
    Подставив значения теплоемкостей, уравнение сгорания приводится к виду: 
     (3.19)
    и определяется температура в конце видимого сгорания по формуле:  (3.20)
    
    
    
    
    
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Давление в конце видимого сгорания в дизельных двигателях определяется по формуле: 
     (3.21)
    где: - степень повышения давления в процессе сгорания
    
    Для дальнейших расчетов принимаю  
    Степень предварительного расширения в дизеле:
     (3.22)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Для выполненных конструкций дизелей 
    
    
    Процесс расширения
    В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу. Давление  и температура  газов в конце расширения определяется по уравнениям политропного процесса:
     (3.23)
     (3.24)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    Значения давления и температуры в характерных точках индикаторной диаграммы для автомобильных двигателей при работе на полной нагрузке приведены в таблице 1 и таблице 2.
    
    Двигатели
    
    
    
    
 Карбюраторные
 0,075... 0,085
    1,0...1,5
    3,5...5,0
    0,3... 0,5
    Расчетный
    0,092
    6,12
    11
    0,17
    Табл.1. Давление в характерных точках индикаторной диаграммы для автомобильных двигателей при полной нагрузке
    
    Двигатели
    
    
    
    
Карбюраторные
  320...360
  600... 800
  2500...2800
  140... 1800
    Расчетный
    293
    952
    2300
    780
    Табл.2. Температура в характерных точках индикаторной диаграммы для автомобильных двигателей при работе при полной нагрузке
    
    3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя
    Среднее индикаторное давление расчетного цикла дизельного двигателя определяется по формуле: 
     (3.25)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    Среднее индикаторное давление действительного цикла определяется по формуле:
     (3.26)
    где: - коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы, принимаемой для дизельных двигателей.
     принимаю
     
    Для дальнейших расчетов принимаю, 
    Индикаторный КПД цикла определяется по формуле:
     (3.27)
    где:  в Дж/кг.
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    Значения индикаторного удельного расхода топлива определяются по формуле:
     (3.28)
    где: - в МДж/кг.
    
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    Индикаторные показатели автомобильных двигателей при работе на полной нагрузке приведены в таблице 3.
    
Двигатели
    

     
Карбюраторные
0,8…1,2
0,25...0,35
250... 340
Расчетный
1,62
0,76
111
    Табл.3. Индикаторные показатели автомобильных двигателей при работе на полной нагрузке
    Среднее давление механических потерь  для дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания определяется приближенно по эмпирической формуле:
     (3.29)
    Средняя скорость поршня  принимается по прототипу и определяется по выражению: 
     (3.30)
    где: S - ход поршня в метрах, S = 94 мм,
    
    Для дальнейших расчетов принимаю  
    
    Для дальнейших расчетов принимаю
    Среднее эффективное давление и механический КПД двигателя определяется по формуле:
     (3.31)
     (3.32)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю.
    
    Для дальнейших расчетов принимаю .
    Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива определяется по формуле:
     (3.33)
    
    Для дальнейших расчетов принимаю  
     (3.34)
    где: - в МДж/кг.
    
Для дальнейших расчетов принимаю 
    Значение эффективности показателей автомобильных двигателей при работе на полной нагрузке приведены в таблице 4.
 Двигатели
 
   
     
 
 Карбюраторные
 0,8... 1,2
 0,75... 0,85
 0,25...0,33
 250... 340
 Расчетный
   1,35
   0,19
   0,57
   162
    Табл.4. Эффективные показатели автомобильных двигателей при работе на полной нагрузке
    4. Определение диаметра цилиндра и хода поршня.
    Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня (D/S) принимаю: D/S = 1,10. Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
     (3.35)
    где:     - тактность двигателя; 
     - число цилиндров;
     - эффективная мощность двигателя, кВт;
     - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1;
     -	среднее эффективное давление, МПа
    
    Для дальнейших расчетов принимаю 
    
    Диаметр цилиндра и ход поршня определяется по формулам:
      (3.36)	 (3.37)
    Значения D и S обычно округляют до четных чисел, нуля или пяти.
    		
    Для дальнейших расчетов принимаю D = 85 мм; S = 94 мм.
    Максимальная мощность двигателя определяется по формуле:
     (3.38)
    где: D - в метрах.
    
    Для дальнейших расчетов принимаю.
    Результаты теплового расчета и сравнительные показатели двигателей приведены в таблице 5.
    Двигатель
    
    
    
    
    
    
    
    
    Расчетный
    119
    4800
    20,5
    85
    94
    15
    1,35
    162
    ЗМЗ 4061.10
    73,5
    4500
    8
    92
    92
    7,67
    -
    307
    ЗМЗ 4063.10
    80,9
    4500
    9,5
    92
    92
    -
    -
    300
    Табл.5. Результаты теплового расчета и сравнительные показатели двигателей
    Построение индикаторной диаграммы
    Индикаторная диаграмма строится по результатам теплового расчета и расчета политроп сжатия и расширений на ЭВМ. Расчет политроп сжатия и расширения производится с использованием MS Excel.
    Для расчета использованы формулы: для расчета политропы сжатия:
     (3.39)
    Для расчета политропы расширения:
     (3.40)
    Перемещение поршня:
     (3.41)
    где.  - угол поворота коленчатого вала двигателя.
    Текущий (расчетный) объем цилиндра
     (3.42)
    Исходные данные
    = 20,5 - степень сжатия; 
    D = 85 мм - диаметр цилиндра; 
    S = 94 мм - ход поршня;
     R = S/2 = 47 мм - радиус кривошипа; 
    = R/Z = 0,25 мм - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; 
    = 0,092 МПа - давление в конце такта впуска; 
    = 0,17 МПа - давление в конце такта расширения; 
    = 1,39 - средний показатель политропы сжатия; 
    = 1,20 - средний показатель политропы расширения.
    
    Построение скоростной характеристики двигателя
    Для расчета и построения кривых эффективной мощности и эффективного расхода топлива используются эмпирические формулы:
     (3.43)
     (3.44)
    где:  и  - максимальная мощность, и максимальная частота вращения двигателя; 
    - эффективный удельный расход топлива двигателя при ;
    - расчетные (текущие) частоты двигателя; 
    a, b, с - опытные коэффициенты.
    Крутящий момент и часовой расход топлива находится по формулам:
     
     (3.45)
     (3.46)
    где:  - в кВт
    - в мин-1
     - в 
    Значения опытных коэффициентов приведены в таблице 6.
а
b
с
а1
b1
с1
1
1
1
1,2
1
0,8
    Табл.6. Значения опытных коэффициентов
    Расчет и построение тяговых и динамических характеристик автомобиля
    Расчеты производятся для всех основных передач для 10 ... 12 скоростных режимов работы двигателя: от минимально устойчивой до номинальной (максимальной) частоты вращения двигателя. При расчетах принимаются следующие дополнения:
    1. коэффициент сопротивления качению и механический КПД трансмиссии принимаются постоянными, независящими от скорости движения автомобиля, включенной передачи и степени нагрузки двигателя;
    2. движение автомобиля рассматривается на горизонтальном участке при установившейся скорости движения.
    Для выбранных скоростных режимов рассчитываются:
 касательная сила тяги автомобиля:
     (3.47)
    где:   - крутящий момент двигателя при расчетном режиме работы, определяемые по скоростной характеристике, кНм;
     - мощность двигателя при расчетном режиме работы, определяемые по скоростной характеристике, кВт;
     - передаточное число трансмиссии на расчетной передаче;
     - механический КПД трансмиссии;
      - радиус качения ведущих колес, м;
     - частота вращения двигателя, мин-1
скорость движения автомобиля:
     (3.48)
     (3.49)
сила сопротивления воздуха:
     (3.50)
    где: F - площадь лобовой поверхности автомобиля, м2
сила суммарного сопротивления дороги:
     (3.51)
    где: - коэффициент суммарного сопротивления дороги (0,025... 0,04)
составляющие мощностного баланса:
     (3.52)
    где:    , кВт - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги;
    -	мощность, затрачиваемая на преодоления сопротивления воздуха;
     -	мощность, затрачиваемая на ускорения (замедление) движения автомобиля;
     -  мощность на ведущих колесах автомобиля, кВт. 
    При максимальной скорости движения и 
 динамический фактор автомобиля:
     (3.53)
    где: G = 9,81m- полная масса автомобиля (сила тяжести), Н.
ускорение автомобиля:
     (3.54)
    где:    - ускорение свободного падения;
     - коэффициент учета вращающихся масс;
     - передаточное число коробки передач.
    Тяговые и динамические характеристики рассчитываются на ЭВМ при помощи MS Excel.
    Исходные данные для тягового и динамического расчета автомобиля
     - максимальная мощность двигателя; 
     - номинальная частота вращения; 
     - радиус качений ведущих колес; 
     - сила тяжести автомобиля;
     - коэффициент суммарного сопротивления дороги;
    - коэффициент сопротивления воздуха, принятый в тяговом расчете автомобиля;
       - передаточные числа коробки 
    передач;
     -	передаточное число главной передачи;
      - площадь лобовой поверхности автомобиля;
    а=1b=1с=1 - опытные коэффициенты, принятые при расчете скоростной характеристики.
    Турбонаддув и дополнительные системы турдонаддува
    Дизельный двигатель Газ-560 оснащен турбокомпрессором. Наддув - сжатие воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Этот способ позволяет разместить в одном и том же объеме цилиндров увеличенное количество топливовоздушной смеси, и, соответственно, увеличить мощность двигателя. Наддув осуществляется с помощью специальных нагнетателей (компрессоров) различной конструкции. Они приводятся в действие от коленчатого вала или от энергии отработавших газов
    Устройство и работа турбокомпрессора
    Основными элементами турбокомпрессора (рис.6.1) являются ротор и корпус. Ротор представляет собой вал, на котором за.......................