Система охлаждения легкового автомобиля

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 8. Водяной насос

     Водяной насос лопастного типа, предназначен для принудительного перекачивания охлаждающей жидкости из радиатора в рубашку охлаждения. Насос установлен в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала, крыльчатки, подшипников и уплотнителя (рис. ).

     Корпус  насоса имеет подводящее и отводящее  отверстия, кроме этого, еще и  приемное отверстие для шланга отопителя. В передней части насоса выполнен прилив, в котором на двухрядном подшипнике установлен вал насоса с  напрессованной на внутреннем его конце  крыльчаткой. Во избежание вытекания охлаждающей жидкости в корпусе насоса около ступицы крыльчатки установлен уплотнитель. В связи с тем, что при попадании воды в подшипники они быстро выходят из строя, для удаления попавшей сюда влаги в корпусе сделаны дренажные отверстия. На переднем конце вала водяного насоса напрессована ступица, к которой болтами прикреплена крыльчатка вентилятора и шкив привода. Насос и вентилятор приводятся  в действие клиновидным ремнем, который соединен со шкивом коленчатого вала. Этим же шкивом приводится в действие и генератор.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 9. Расширительный бачок

     Расширительный  бачок служит для компенсации изменения объема жидкости, возникающего во время работы двигателя. Бачок изготовлен из полупрозрачной пластмассы, поверхность его ребристая. На поверхности бачка нанесена метка «Min» для облегчения контроля за уровнем жидкости. Соединительный штуцер имеет трубку, опущенную в бачок, благодаря которой облегчается конденсация пара. В верхней части бачка расположена наливная горловина, закрывающаяся пробкой с клапаном, срабатывающим при давлении, близком к атмосферному. Бачок соединен с верхней горловиной радиатора прорезиненным шлангом. Емкость системы охлаждения ВАЗ составляет примерно 10 литров. 

3. Расчет  системы охлаждения легкового автомобиля

     Автомобиль  Лада Калина легковой, с закрытым четырёхдверным кузовом, с передним расположением двигателя и задними ведущими колёсами, предназначен для перевозки пяти человек и багажа не более 50 кг. Автомобиль рассчитан для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40⁰ С до плюс 45⁰ С.

     На  автомобиль устанавливается 4-цилиндровый  карбюраторный двигатель с рядным вертикальным расположением цилиндров  и верхним расположением распределительного вала рабочим объёмом 1,6 литра. Двигатель  приводит в движение автомобиль и  его оборудование. В таблице приведены  основные показатели и параметры  двигателя в сравнении с лучшими  отечественными и мировыми аналогами.

Таблица 1.

Основные  показатели и параметры  двигателя в сравнении  с отечественными и мировыми аналогами

    

Показатели  двигателей	Лада Калина	ВАЗ-2112	RENAULT 1,6 i
Расположение, число цилиндров	Рядный 4
Число клапанов	8	16	16
Рабочий объём, см3	1569	1499	1598
Мощность, кВт/л∙с,  при  об/мин	55,5/75,5 5400	66,7/90,7 5600	83/113 6000
Крутящий  момент, Н∙м,  при  об/мин	116 3000	127 3700	152 4200
Расход  топлива, л/100 км, смешанный цикл	7,8	7,4	6,9
Степень сжатия	8,5	9	11

 

     Таким образом, двигатель автомобиля Лада Калина значительно отстаёт от аналогов и требует значительной модернизации конструкции с целью дальнейшего повышения производительности, эффективных показателей, а также уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду.

     Выбор и обоснование  типа транспортного  средства

     Тип транспортного средства – автомобиль Лада Калина легковой с закрытым четырёхдверным кузовом.

     Масса – 1515 кг.

     Скорость  – 160 км/ч.

     Грузоподъёмность (пассажировместимость) – 400 кг. (5чел.).

     Область эксплуатации – Дороги с твёрдым  покрытием.

     Характеристики  установленного двигателя:

     Марка (модель) – ВАЗ 21116

     Мощность:

     максимально допустимая – 58,8 кВт.

     номинальная – 55,5 кВт.

     эксплуатационная  – 48 кВт.

     Крутящий  момент:

     максимальный  – 116 Н∙м

     Частота вращения коленчатого вала:

     максимальная  – 6000 об/мин.

     минимально-устойчивая – 900 об/мин.

     Расход  топлива и масла:

     удельный - 308 5 г/кВт∙ч

     на  100 км пробега -8,5 л/100 км

     Габаритные  размеры - 583×541×651

     Ресурс  – 150000 км.

     Определяем  эксплуатационную мощность двигателя  из условия обеспечения максимальной скорости движения.

     

      =43 м/с – максимальная скорость  автомобиля

     т_а = 1445 кг — масса автомобиля

       — коэффициент суммарного сопротивления дороги. Принимаю

     К_В =0,2 — коэффициент обтекаемости, Н с²/м⁴

     F =1,7 — лобовая площадь, м²

      — коэффициент учета силы инерции  приведенных вращающихся масс

       = 1,04+0,04 i_k, где i_k =1 — передаточное число коробки передач

       = 1,04+0,04*1=1,08

     j_a =0,2 — ускорение автомобиля м/с²

      =0,85 — КПД трансмиссии.

     

     =47,6 кВт.

     Определяем  эффективную мощность:

       кВт.

     Тепловой  расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя

     Произвести  расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для легкового  автомобиля. Эффективная мощность двигателя N_е = 56 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 5400 об/мин. Двигатель четырехцилиндровый, i = 4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε = 8,5.

     При проведении теплового расчета для  нескольких скоростных режимов обычно выбирают 3—4 основных режима. Для карбюраторных  двигателей такими режимами являются:

1. режим минимальной частоты вращения n_min =900 об/мин, обеспечивающий устойчивую работу двигателя;
2. режим максимального крутящего момента при n_М = 3000 об/мин;
3. режим максимальной (номинальной) мощности при n_N = 5400 об/мин;
4. режим максимальной скорости движения автомобиля при n_max = 6000 об/мин;

     С учетом приведенных рекомендаций и  задания (n_N = 5400 об/ мин) тепловой расчет последовательно проводится для п = 900, 3000, 5400 и 6000 об/мин.

     Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 8,5 можно использовать бензин марки АИ-93.

     Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива

     С =0,855; Н =0,145 и m_т = 115 кг/кмоль.

     Низшая  теплота сгорания топлива

     

     Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

      кмоль возд/кг топл.;

      = кг возд/кг топл.

     Коэффициент избытка воздуха. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при α ≈ 0,95 - 0,98, позволяет принять α = 0,96 на основных режимах, а на режиме минимальной частоты вращения α = 0,86.

     Количество  горючей смеси М₁= αL₀ + l/m_т; (1)

     при п = 900 об/мин М₁= 0,86 · 0,516+1/115 = 0,4525 кмоль гор. см/кг топл;

     при п = 3000, 5400 и 6000 об/мин M₁ = 0,96 · 0,516+1/115= 0,5041 кмоль гор. см/кг топл.

     Количество  отдельных компонентов продуктов  сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах:

     при п = 900 об/мин

       кмоль СО₂/кг топл;

       кмоль СО/кг топл; 

       кмоль Н₂О/кг топл;

       кмоль Н₂/кг топл;

       кмоль N₂/кг топл;

     при п = 3000, 5400 и 6000 об/мин

       кмоль СО₂/кг топл;

       кмоль СО/кг топл;

       кмоль Н₂О/кг топл;

       кмоль Н₂/кг топл;

       кмоль N₂/кг топл;

     Общее количество продуктов сгорания

      ; (2) 

     при п = 900 об/мин

     М₂=0,0512+0,02+0,0625+0,01+0,3515=0,4952 кмоль пр. сг/кг топл.

     Проверка: М₂ = 0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 ∙ 0,86 ∙ 0,516 = 0,4952 кмоль пр. сг/кг топл;

     при п = 3000, 5400 и 6000 об/мин

     М₂ = 0,0655 + 0,0057+0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5360 кмоль пр. сг/кг топл.

     Проверка: М₂ = 0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 ∙ 0,96 ∙ 0,516 = 0,5360 кмоль пр. сг/кг топл.

     Параметры окружающей среды и остаточные газы. Давление и температура окруж. среды при работе двигателей без наддува р_k=р₀=0,1 МПа и Т_k=Т₀=293 К.

     Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия ε = 8,5 температура  остаточных газов практически линейно  возрастает с увеличением скоростного  режима при α = const, но уменьшается  при обогащении смеси. Учитывая, что  при п = 900 об/мин α = 0,86, а на остальных режимах α = 0,96, принимается:

    

п	900	3000	5400	6000	об/мин
Тr	900	1000	1060	1070	МПа

 

     Давление  остаточных газов р_r за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на. номинальном скоростном режиме