Войти
Проект-Технарь
Дипломные работы
Раздел с образцами готовых дипломных работ по техническим специальностям
В этом разделе находятся проекты подъёмников,
стендов, элеваторов, приспособлений, съёмников и т.д.,
с полным комплектор чертежей и пояснительной запиской
Наши контакты:
+7(903) 982 12 16, help@studiplom.ru
Меню

Совершенствование двигателя автомобиля ГАЗ-3102 - топливо водород.

Графики к тепловому расчёту двигателя ГАЗ-3102 Графики к динамическому расчёту
Установка двигателя на автомобиль Схема сборки двигателя ГАЗ-3102
Остальные чертежи смотрите в папке "Скрины", архив.

Реферат 5
Введение 6
1 Обоснование цели и задач дипломного проектирования 8
1.1 Система питания двигателя с форкамерно-факельным воспламенением 9
1.2 Литературный и патентный анализ по вопросам систем питания двигателя водородом и различных видов камер сгорания 11
2 Выбор конструктивной схемы и обоснование параметров двигателя 15
2.1 Описание двигателя ЗМЗ-402 15
2.2 Системы питания двигателей с карбюратором 17
3 Конструкторская часть 22
3.1 Тепловой расчет двигателя 22
3.2 Динамический расчет 29
3.3 Прочностной расчёт двигателя 38
3.4 Расчет элементов систем двигателя 74
3.5 Расчет внешней скоростной характеристики автомобиля ГАЗ - 3102 85
3.6 Расчет и построение тяговой характеристики 89
4 Исследовательская часть 91
5 Технологическая часть 110
5.1 Описание маршрута сборки двигателя ЗМЗ - 402 110
5.2 Описание масляного насоса 113
5.3 Описание испытательного стенда 114
6 Безопасность жизнедеятельности 116
6.1 Охрана труда 116
6.2 Расчет необходимых средств пожаротушения внутри помещения и для наружного тушения пожара 119
6.3 Противопожарная безопасность 121
6.4 Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях 123
6.5 Охрана окружающей среды 125
7 Технико-экономическое обоснование модернизации двигателя 128
7.1 Себестоимость модернизируемого двигателя 129
7.2 Расчет эксплуатационных расходов 135
7.3 Расчет экономического эффекта 138
Заключение 142
Список использованной литературы 143

«Совершенствование двигателя автомобиля ГАЗ-3102 путем использования в качестве топлива водорода». На автомобиль ГАЗ-3102 устанавливается двигатель ЗМЗ-402 мощностью Nе = 73,5 кВт, работающий на бензине, т.е. углеводородном топливе, при сгорании которого выделяется большое количество токсических веществ (прежде всего углекислого и угарного газа, окислов азота). Автомобиль ГАЗ-3102 является массовым автомобилем, предназначенным для эксплуатации в городе, поэтому вопросы экологии при его эксплуатации являются весьма актуальными. Кроме того, при переводе двигателей на питание водородом происходит экономия нефти как ценнейшего химического сырья. В дипломном проекте двигатель переведен на питание водородом – экологически чистым топливом. При этом мощность двигателя повысилась до 85 кВт.

Достоинства работы ДВС на водороде:
1. Низкая токсичность отработанных газов (в отработанных газах присутствуют пары воды и некоторое небольшое количество окислов азота, образующихся при высокой температуре из азота воздуха).
2. Повышение ресурса работы ДВС из-за снижения числа твердых частиц в продуктах сгорания и уменьшения износов вследствие того, что масло не разжижается топливом.
3. Легкость регулирования состава смеси изменением только подачи водорода.

Водород бесцветен, не имеет запаха, не ядовит, обладает высокой теплотворной способностью (120 МДж/кг; для сравнения эта величина для бензина составляет 43 МДж/кг, для дизельного топлива – 42 МДж/кг), обладает малой вязкостью, продукты его сгорания (водяной пар) не токсичны. Карбюраторные двигатели, имеющие систему зажигания, легко могут быть переделаны для работы на водороде. Однако водородно-воздушные смеси обладают широким диапазоном горючести (горит практически в любых соотношениях с воздухом) и энергия воспламенения Н2 в несколько раз ниже, чем для бензина. Поэтому для исключения пожарной опасности в двигателях необходимо использовать внутреннее смесеобразование, т.е. приготовлять водородно-воздушную смесь непосредственно в цилиндре во избежание вспышек во впускном коллекторе, для чего необходим отдельный специальный клапан.

1 Лист.
На первом листе показан анализ существующих конструкций для подачи водорода в цилиндр. Во всех существующих конструкциях водород подается не в сам цилиндр, а в область впускного клапана, что не исключает полностью возможность возгорания водорода во впускном коллекторе. В то же время на двигателе автомобиля ГАЗ-3102 имеется устройство для ввода водорода непосредственно в цилиндр. В качестве такого устройства может служить имеющийся впускной клапан форкамеры.
Перевод на питание водородом двигателя ЗМЗ-402 с форкамерой не требует никаких конструктивных изменений в самом двигателе.

2 Лист. Поперечный разрез
На листе изображен поперечный разрез двигателя. Двигатель ЗМЗ-402 четырехцилиндровый, рядный, четырехтактный с двумя клапанами на цилиндр и распределительным валом в блоке цилиндров. Единая головка блока на все цилиндры. Конструкция головки блока цилиндров усложнена наличием форкамеры, куда в бензиновом двигателе подается обогащенная смесь (коэффициент избытка воздуха α=0,8). В основную камеру подается бедная бензо-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха α=1,3-1,4, в результате чего средний коэффициент избытка воздуха по камере сгорания оказывается равным около 1,05. При переводе двигателя на питание водородом клапан форкамеры используется для подачи водорода. При этом воздух подается через обычный впускной клапан, и водород с воздухом смешиваются непосредственно в цилиндре двигателя. Головка блока цилиндров отлита из алюминиевого сплава, с запрессованными чугунными седлами и направляющими втулками клапанов. Клапаны приводятся в действие через цилиндрические толкатели, штанги и коромысла. Каждый клапан снабжен двумя пружинами. Блок цилиндров литой из алюминиевого сплава, гильзы вставные чугунные, уплотненные медными кольцами. К задней плоскости блока цилиндров крепится картер сцепления. Шатуны стальные, кованые, двутаврового сечения, нижней (разъемной) головкой они соединяются с коленчатым валом через шатунные подшипники скольжения, верхней головкой - с поршневым пальцем. Палец плавающего типа, свободно поворачивается в бобышках поршня и в бронзовой втулке верхней головки шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничено двумя стопорными кольцами, установленными в проточках бобышек поршня. Поршни литые, из алюминиевого сплава, с двумя компрессионными и одним маслосъемным кольцами. Система охлаждения жидкостная, закрытого типа с принудительной циркуляцией. В систему охлаждения встроен термостат. Система смазки двигателя комбинированная: под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, опоры распределительного вала, подшипники валика привода масляного насоса, подшипники коромысел, верхние концы штанг толкателей и шестерни привода распределительного вала. Остальные детали смазываются разбрызгиванием. Масляный насос шестеренчатый, в систему смазки встроены масляный радиатор и полнопоточный фильтр. Система вентиляции картера закрытая, принудительная, с отводом картерных газов через маслоотделитель в систему впуска.

3 Лист. Продольный разрез.
На листе изображен продольный разрез двигателя. В конструкцию остова входит блок-картер, изготовленный из алюминия. Коленчатый вал – подвесной, крепится прижимами коренных подшипников, установленных в картере. Коленчатый вал состоит из 4 шатунных и 5 коренных шеек. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы. От осевого смещения, вызванного косозубым зацеплением с шестерней привода распредвала, коленчатый вал предохраняет упорный подшипник. Для предотвращения утечки масла на переднем и заднем концах коленвала устанавливают маслоотражатели и сальники. Смазка подшипников коленчатого вала осуществляется при помощи отверстий, расположенных в шейках вала. Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготавливаются из сталеалюминиевой ленты. Распределительный вал литой, чугунный, вращается в пяти подшипниках скольжения. От осевых смещений он удерживается пластиной, входящей в выточку вала и установленной на передней части двигателя. Привод распределительного вала производится косозубыми шестернями, при этом ведомая шестерня для снижения шума выполнена из текстолита. От распредвала через зубчатое зацепление приводится в действие прерыватель-распределитель зажигания и масляный насос, расположенный в картере двигателя. В передней части двигателя расположен привод (от шкива коленвала) клиновым ремнем насоса охлаждающей жидкости, вентилятора и генератора. Были выполнены тепловой и динамический расчет двигателя, в результате которых определены основные параметры двигателя и нагрузки на детали цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма.

В результате выполнения теплового расчета были получены следующие показатели проектируемого двигателя:
Мощность 85 кВт.
Удельный эффективный расход водорода 65 г/кВт·ч;
Среднее эффективное давление 0,81 МПа.
Индикаторный КПД 52 %.
В связи со значительным увеличением мощности и нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма выполнены расчеты основных деталей двигателя на прочность, подтверждающие работоспособность деталей в проектируемом двигателе.

4 Лист. Индикаторные диаграммы.
На листе показана индикаторная диаграмма (в системе координат P-V) двигателя, диаграммы силы давления газов, удельной силы инерции, удельной суммарной силы (в системе координат P-φ), а также диаграммы сил: действующей вдоль шатуна, действующей вдоль кривошипа, нормальной силы N, удельной тангенциальной силы Т, суммарного крутящего момента на вале отбора мощности. Также показана круговая диаграмма фаз газораспределения. Результаты выполнения теплового расчета приведены в табличной форме (важнейшие характеристики двигателя).

5 Лист. Графики к динамическому расчету.
На листе изображены графики к динамическому расчету.
Как показал динамический расчет, наиболее нагруженной шейкой коленвала является шейка № 4.
По результатам теплового и динамического расчета, приведенным на листах 4 и 5, были выполнены прочностные расчеты. Выполненные расчеты подтвердили работоспособность деталей двигателя. Результаты расчетов приведены в пояснительной записке.

6 Лист. Установка двигателя на автомобиль.
На листе изображена установка двигателя на автомобиль. Основные характеристики автомобиля приводятся на листе. Располагается двигатель под капотом, в передней части автомобиля, привод ведущих задних колес производится через коробку передач и карданный вал. Двигатель крепится к раме на трех точках. Передние две опоры (кронштейны), находятся с правой и левой стороны блока цилиндров. Задняя - под коробкой передач. Передние подушки ограничивают продольные перемещения двигателя при выключении сцепления, торможении или разгоне автомобиля. Между кронштейном и передней поперечиной рамы, а также между кронштейном крепления двигателя установлены резиновые подушки. Автомобиль оборудуется также 5 - ступенчатой коробкой передач. Привод подводится к задним колесам. Передаточное отношение пятой передачи 1,05; 4-прямая.

7 Лист. Система питания водородом
На листе показан анализ систем для подачи водорода в цилиндр. Для автомобильных двигателей, работающих на водороде, одним из важных вопросов является правильный выбор способа хранения водорода на борту автомобиля. Фирмы BMW (автомобиль BMW-745h) и Mazda на своих автомобилях хранят водород в криогенном состоянии, а фирма Daimler-Benz – в металлогидридах (автомобиль «Мерседес-Бенц 280 ТЕ»). Водород на автомобиле может храниться как в металлогидридном накопителе, так и в криогенном баке в сжиженном состоянии. Последний способ позволяет получить высокое давление впрыскивания испаренного водорода с помощью малогабаритного и простого низкотемпературного насоса. Масса бака со сжиженным водородом соизмерима с массой бака с метанолом для автомобиля такого же класса. Криогенные баки позволяют хранить водород с суточной потерей на испарение не более 2%. В металлогидридных соединениях водород может храниться в виде интерметаллических соединений (например, железо-титановый гидрид). К недостаткам металлогидридного хранения водорода относятся значительная тепловая инерционность и высокий вес бака. Вес металлогидридных накопителей составляет 280 кг при накопленной в них энергии Н2, эквивалентной всего 11 л бензина, т.е. 120 км пробега автомобиля по городу. Вес автомобиля с металлогидридным баком возрастает более чем на 400 кг по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. Водород из гидрида металла выделяется при нагреве бака отработанными газами. В проектируемом двигателе водород хранится в криогенном баке в сжиженном состоянии при температуре не выше – 253 С. Бак для хранения жидкого водорода состоит из внутреннего сосуда, выполняемого из коррозионно-стойкой стали или алюминиево-магниевых сплавов, наружной дюралевой оболочки, теплоизолирующего слоя из металлизированной с двух сторон пленки из стеклоткани, полости, в которой поддерживается высокий вакуум и в которой подвешивается на теплоизолирующем устройстве внутренний сосуд. Водородные криогенные баки должны снабжаются предохранительными клапанами, устройствами для зарядки водородом и очистки их от скапливающихся примесей, наиболее опасной из которых является воздух. Для контроля за давлением и запасом водорода баки снабжаются датчиками, а для регулирования интенсивности расхода – подогревателями, для работы которых используется электроэнергия или теплота отработанных газов.
На листе дипломного проекта показана схема криогенного бака для хранения водорода, а также схема питания двигателя сжиженным водородом и конструкция разработанного низкотемпературного насоса.

8 Лист. Характеристики
На листе показаны скоростные характеристики базового двигателя и двигателя, работающего на водороде; также приведено сравнение тяговых характеристик автомобиля до и после модернизации. Видно значительное улучшение показателей двигателя и автомобиля.ё

9 Лист. Операции технического обслуживания
Приведена таблица операций технического обслуживания базового и модернизированного двигателей. Ряд операций технического обслуживания двигателя, работающего на водороде, необходимо выполнять реже, чем для двигателя, работающего на бензине. Например, замену масла и промывку системы смазки двигателя.

10 Лист. Технологическая часть.
В технологической части проекта подробно разработаны технологические процессы сборки двигателя и сборки масляного насоса.

11 Лист. Экономика.
На листе экономики приведены технико-экономические показатели базового и проектируемого двигателя. В результате конструктивных изменений на спроектированном двигателе была увеличена мощность и снижен удельный расход топлива.
Себестоимость и оптовая цена двигателя возросли, удельные затраты на топливо возросли; затраты на масло, на текущий и капитальный ремонт снизились; затраты на эксплуатацию вследствие увеличения мощности по сравнению с двигателем-прототипом уменьшились значительно.
Годовой экономический эффект на 1 двигатель составляет 67 тыс. руб.


Автор работы: Новиков Максим

1. Записка пояснительная;
2. Графическая часть:
лист 1 Поперечный разрез.cdw
лист 2 Продольный разрез.cdw
лист 3 Графики к тепловому расчету.cdw
лист 4 Графики к динамическому расчету.cdw
лист 5 Установка двигателя.cdw
лист 6 Графики скоростных и тяговых характеристик.cdw
лист 7 Операции технического обсл.cdw
лист 8 Схема сборки двигателя.cdw
лист 9 Схемы подачи водорода в цилиндр.cdw
лист 10 Криогенный бак и схема питания водородом.cdw
лист 11 Экономика (А1).cdw

Стоимость работы составляет 2600.00, работа заархивирована и запаролена. После закачки архива Вы можете видеть его содержание. Для получения пароля вам необходимо оплатить работу, во время оплаты обязательно указывайте имя архива и ваш mail.

Мы принимаем Яндекс деньги, WebMoney, СБЕРБАНК. Как оплатить работу?

<< Эту работу купили 0 раз >>
Скидки
Укажите ваш email:
Укажите ваш email:
Остались вопросы? ДА!

Рекомендуемый контент!