Содержание к диссертации
Стр.
Основные условные обозначения и сокращения 4
Введение 7
Глава 1, Направления развития автомобилей ОАО «КАМАЗ» 11
Выводы 20
Глава 2. Развитие конструкции и технологии производства 21
двигателей КАМАЗ
Выводы 30
Глава 3. Создание нового продукта с использованием современных 31
информационных технологий и некоторые результаты выполненных работ
Интегрированная система управления проектированием 31
Результаты применения новых технологий проектирования и 36 исследования на примере коленчатого вала двигателей КАМАЗ
Повышение прочности шатуна 44
Использование современных технологий проектирования при раз- 50 работке и доводке поршней
Применение новой технологии проектирования 64 для впускного канала головки цилиндров
Выводы 70
Глава 4. Разработка и совершенствование трибологических систем 71
дизельных двигателей семейства КАМАЗ
Системы смазывания 71
Коренные и шатунные подшипники 78
Гаситель крутильных колебаний 94
Оптимизация комплекта поршневых колец для двигателей КАМАЗ 95 Выводы 103
Глава 5. Развитие требований, предъявляемых к экологическим показа- 105
телям отработавших газов автотранспортных дизельных двигателей. Испытательное оборудование по Правилам ЕЖ ООН. Методики обработки результатов испытаний двигателей. Результаты испытаний двигателей.
5.1. Развитие требований, предъявляемых к экологическим показате- 105
лям ОГ транспортных дизельных двигателей на период до 2010 г.
Выводы 113
5.2. Методика расчета основных показателей двигателей по результа- 113
там стендовых испытаний по ГОСТ 14846 и Правилам ЕЭК ООН
Выводы 125
Методика обработки индикаторных диаграмм высоких давлений 126 (процессы сжатия, сгорания и расширения) в цилиндре
Методика обработки индикаторных диаграмм давлений 129 процесса газообмена
Объект испытаний 131
Результаты испытаний 132 Выводы 137
Исследование возможности снижения выбросов вредных веществ 138 (ВВВ) с отработавшими газами (ОГ) на базе двигателя КАМАЗ размерности DxS=120x130 мм
Выводы 142
Глава 6. Методика выбора характеристик двигателя для большегрузных 143 автотранспортных средств
Выводы 159
Основные результаты и выводы 162
Список литературы 163
Приложения. 173
Сообщения госстандарта России,
касающиеся официального утверждения типа двигателя в отношении выброса загрязняющих веществ на основании Правил № 24, касающиеся официального утверждения типа двигателя с воспламенением от сжатия как отдельного технического агрегата в отношении выброса им вредных веществ на основании Правил № 49,
касающиеся официального утверждения типа системы тяги на основании Правил № 85 двигателей КАМАЗ моделей: 740.30-260, 740.50-360, 740.51-320, 740.52-260, 740.53-290.
Основные условные обозначения и сокращения:
D - диаметр цилиндра, мм
Sn - ход поршня, мм
N - количество цилиндров двигателя
В - барометрическое давление, кПа
ta - температура сухого термометра, С
tw - температура влажного термометра, С
Ввп - давление водяных паров, кПа
рт - плотность топлива при температуре tp , г/см
tp - температура топлива, соответствующая рт, С
Крк - Цена ДелеНИЯ МаНОМетра ДЛЯ ИЗМереНИЯ ДРК, кгс/см
деление шкалы ? KPs - цена деления манометра для измерения APs,
деление шкалы моном.
Крт - цена деления манометра для измерения ДРт, кгс/см
деление шкалы малом.
KREG - количество испытанных режимов
-1 п - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин
РВЕс - показания электронного табло весов тормоза
GT - измеренный расход топлива, г или кг/ч
tU3M - время расхода навески топлива, с
h тнвд- температура топлива на входе в ТНВД, С
АРВ - разрежение воздуха во впускной магистрали, мм НгО
Тв - температура воздуха во впускной магистрали, С
АРК - избыточное давление воздуха после компрессора, ед.шкалы манометра
Тк - температура воздуха после компрессора, С
Ne - эффективная мощность двигателя, кВт
Me - эффективный крутящий момент двигателя, Нм
Ре - эффективное давление двигателя, кПа или кгс/см
GT - часовой расход топлива, кг/ч
ge - удельный эффективный расход топлива, г/кВтч
Цц - цикловая подача топлива, мг/цикл или мм /цикл
Nenp - эффективная мощность двигателя, приведенная к НУ, кВт
Мепр - эффективный момент двигателя, приведенный к НУ, Нм
ge - удельный эффективный расход топлива, приведенный к НУ, г/кВтч
КПР - коэффициент приведения к НУ
Dcl - диаметр мерного участка первого коллектора входа воздуха, мм
DC2 - диаметр мерного участка второго коллектора входа воздуха, мм
АРС] - падение давления на первом коллекторе входа воздуха, мм НгО
АРС2 - падение давления на втором коллекторе входа воздуха, мм Н20
QB - показания счетчика объёмного расходомера воздуха, Юл/мин
АР0 - разрежение давления перед объёмным расходомером воздуха, мм НгО
APS - избыточное давление воздуха после ОН В, ед. шкалы манометра
Ts - температура воздуха после ОНВ, С
АРТ - избыточное давление ОГ после турбины, ед. шкалы манометра
Тт - температура ОГ, С
GB - часовой расход воздуха, кг/ч
а^ - коэффициент избытка воздуха, -
r\v - коэффициент наполнения, -
Ех - эффективность ОНВ, %
71 - степень повышения давления в компрессоре, -
Кх - дымность ОГ, % или Bosch, или м" NOx - измеренная концентрация NOx в ОГ, чнм НС - измеренная концентрация НС в ОГ, чнм СО - измеренная концентрация СО в ОГ, чнм
Раих - мощность, потребляемая вспомогательными агрегатами, используемыми
при испытании (вентилятор и др.), кВт NOx - концентрация NOx в ОГ, скорректированная с учетом влажности, чнм
СО - концентрация СО в ОГ, скорректированная с учетом влажности, чнм
Основные сокращения:
ОГ - отработавшие газы
ВВВ - выбросы вредных веществ
НУ - нормальные условия
уд. - удельный
ОНВ - охладитель надувочного воздуха
ПКВ - поворот коленчатого вала
ГЦ - головка цилиндра
ВМТ - верхняя мёртвая точка
ПК-персональный компьютер
ВСХ - внешняя скоростная характеристика
ФЭ - фильтрующий элемент
ДВС -двигатель внутреннего сгорания
Введение к работе
Автомобильная промышленность является ведущей отраслью машиностроения, оказывающей значительное влияние на решение экономических, социальных, экологических и научно-технических проблем страны.
Автомобилестроение обеспечивает развитие грузового и пассажирского автомобильного транспорта, от которого зависит функционирование всех отраслей и сфер деятельности экономики страны.
Мировой опыт свидетельствует, что наличие собственной автомобильной промышленности имеет стратегическое значение, так как является одним из элементов национальной безопасности страны. Производство собственных многоцелевых автомобилей обеспечивает подвижность многих видов вооружений и военной техники, а также возможность развертывания их выпуска в мобилизационный период.
Долгосрочные интересы государства диктуют необходимость развития отечественной автомобильной промышленности не только в целях удовлетворения внутренних потребностей, но и увеличение экспортного потенциала страны.
В «Основных направлениях государственной политики развития автомобильной промышленности России на период до 2005 года» особое внимание уделено производству двигателя как наиболее важного автомобильного компонента и самостоятельного продукта, используемого в других машинах. В этом документе указано на необходимость разработки новейших конструкций и создания мощностей по производству как самих двигателей, так и по производству компонентов двигателей и их систем, которые ранее не выпускались или выпускались в недостаточных количествах.
В условиях рыночной экономики для обеспечения конкурентоспособности двигателя его потребительские свойства должны не только соответствовать лучшим современным образцам, но и существенно их превосходить. Поэтому задача совершенствования двигателей как основного компонента автомобилей имеет важное значение, а с ожидаемым вступлением России в ВТО актуальность проблемы существенно возрастает.
В свете сказанного основной стратегической целью ОАО «КАМАЗ» в области двигателестроения является постоянное повышение конкурентоспособности своих двигателей за счет:
более полного удовлетворения требований заказчиков, а именно, значительного повышения потребительских свойств (ресурса, расхода топлива, мощности, затрат на техническое обслуживание и ремонт и т.д.);
выполнения требований действующих законодательств, предъявляемых к двигателям (экология, безопасность);
поиска новых ниш для продажи двигателей, расширения областей их применения (тракторные, комбайновые, автобусные, судовые, для промышленных установок и т.д.);
освоения в кратчайшие сроки рентабельных двигателей.
Поэтому основными задачами исследования в данной работе являются:
развитие конструкции и технологии производства двигателей КАМАЗ;
создание нового продукта с использованием современных информационных технологий;
разработка и совершенствование трибологических систем дизельных двигателей семейства КАМАЗ;
разработка метода исследований и определение способа достижения современных европейских норм по уровню выбросов вредных веществ с отработавшими газами;
разработка методики оптимизации комплекса двигатель - трансмиссия автомобиля.
Целью настоящей работы являлось создание высокоэффективных дизельных двигателей мощностью 176...265 кВт (240...360 л.с.) со стабильными характеристиками в условиях массового производства на основе комплексных экспериментально-теоретических исследований. Научная новизна диссертации:
1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания типоразмерного ряда двигателей КАМАЗ с рабочим объемом 10,85 и 11,76 л мощностью от 176 до 265 кВт (240...360 л.с), не уступающих по основным технико-экономическим показателям лучшим зарубежным и отечественным аналогам.
2. Создана современная интегрированная система проектирования на базе трехмерных моделей, с помощью которой получены новые сведения о напряженно-деформированном и тепловом состоянии наиболее нагруженных деталей и узлов
двигателя, которые при форсировании двигателей позволили сохранить приемлемые запасы прочности без увеличения материалоёмкости.
3. На основе метода конечных элементов создана методика расчета расхода масла через коренной и шатунный подшипники коленчатого вала, предложена новая конструкция каналов подвода масла к подшипнику, позволяющая увеличить их несущую способность.
Создана комплексная исследовательская лаборатория испытаний двигателей и методики обработки результатов испытаний, позволяющие определить основные параметры рабочего процесса и выбросы вредных веществ дизельных двигателей.
Создана методика, позволяющая получить оптимальное сочетание характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля.
Практическая ценность.
Предложенные в настоящей работе экспериментальные материалы, методы проектирования и результаты расчетов, оригинальная технология изготовления деталей двигателя, отдельные конструкторские решения могут быть использованы специалистами, занимающимися разработкой и доводкой двигателей внутреннего сгорания.
Достоверность полученных результатов.
Подтверждается применением высокоточной аппаратуры, отвечающей всем требованиям современного теплофизического эксперимента, повторяемостью полученных результатов при многочисленных стендовых испытаниях двигателя, а также при испытаниях в составе автомобилей, результатами испытаний при проведении независимой экспертизы, проводимой при сертификации двигателей и автомобилей на Автополигоне научно-исследовательского центра по испытаниям и доводке автомототехники (НИЦИАМТ).
Реализация работы на производстве.
На основе результатов, представленных в работе, в ОАО «КАМАЗ» создан типоразмерныи ряд двигателей мощностью от 176 до 265 кВт, соответствующих требованиям ЕВРО-2.
Первая опытно-промышленная партия товарных автомобилей с двигателями ЕВРО-2 сошла с главного конвейера ОАО «КАМАЗ» в марте 2002 года. В настоящее время освоено их серийное производство. Таким образом, начав в 1995 году процесс практической «экологизации» своих дизелей, ОАО «КАМАЗ» выполнило
важнейшее распоряжение Правительства РФ о переходе с 1 декабря 2002 года к серийному производству автомобилей с двигателями ЕВРО-1 и ЕВРО-2.
Апробация работы.
Работа обсуждалась по частям и полностью на семи научно-технических
ф конференциях различного уровня: «Механика машиностроения» (Наб. Челны, 1995
г.), «Двигатель для российских автомобилей» (Автосалон - 99, Москва, 1999 г.), «Автомобиль и техносфера» (КГТУ, Казань, 1999 г.), «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, КФВАУ, 2000 г.), «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 г.), на Юбилейной конференции «Перспективы развития автомобилей и двигателей в РТ» (Наб. Челны, 2002 г.), «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (МВАУ филиал, г. Казань, 2003 г.), а также на расширенных заседаниях кафедр теоретических основ теплотехники, автомобильных двигателей и сервиса, турбомашин КГТУ им. А.Н. Туполева, 2003 г. Тезисы докладов опубликованы. Во всех случаях научные результаты работы получили одобрение.
Личный вклад автора в работу.
Автором сформулированы основные задачи разработки, совершенствования
и доводки нового семейства двигателей КАМАЗ. Автором создан стенд для газоди
намических испытаний каналов головок цилиндров и разработана методика обра
ботки результатов испытаний.
|Ь Под его методическим руководством создана интегрированная система
управления проектированием, методика расчета основных показателей двигателей по результатам стендовых испытаний, методика обработки результатов индицирования двигателей, методика расчета вредных веществ.
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 22 печатные работы; получено 8 патентов на изобретения и полезные модели.
