Проект волнового обменника для наддува двигателя ЗМЗ-402

Описание

В работе выполнен проект волнового обменника для наддува двигателя ЗМЗ-402 и разработан способ форсирования двигателя турбонаддувом.

Проведен анализ методов наддува.

Рассмотрен метод форсирования ДВС путем применения наддува.

Повышение мощности двигателя без значительного изменения его габаритов и массы может выполняться за счет увеличения плотности воздуха, то есть массового наполнения цилиндра.

Сжатие воздуха перед подачей его в рабочую камеру выполняется посредством систем, в которых наддув осуществляется механическим способом, газотурбинным и комбинированным. При механическом наддуве привод нагнетателя в действие осуществляется непосредственно от коленвала или от постореннего источника энергии. В качестве нагнетателя применяются объемные (поршневые, роторные) или лопаточные компрессоры. При газотурбинном наддуве (турбонаддуве) привод лопаточного компрессора в действие выполняется от турбины, которая использует энергию выхлопных газов. Агрегат, в составе которого имеется лопаточный компрессор и газовая турбина для его привода, установленные на одном валу, называется турбокомпрессором. Комбинированный наддув представляет собой комбинацию механического и газотурбинного наддува для двухступенчатого сжатия воздуха.

Приведена история применения наддува ДВС.

Описаны идеальные циклы комбинированных ДВС и циклы с механическим наддувом.

Выполнено описание конструкций нагнетателей.

Основной машиной, создающей наддув ДВС, является нагнетатель (компрессор). Посредством машины выполняется подача в двигатель определенного количества воздуха повышенного давления, которое необходимо на наддува двигателя. Существуют три типа компрессоров: объемные, лопаточные и волновые обменники давления. В объемных нагнетателях рабочий процесс осуществляется в результате циклического изменения объемов рабочих камер с периодической их изоляцией от внешней среды и нагнетательного трубопровода.

Описаны модели компрессоров: поршневой, роторно-шестеренчатый и роторно-пластинчатый, винтовой, с кольцевым поршнем, спиральный.

Волновой обменник давления "Компрекс" представляет собой устройство, в котором за счет непосредственного контакта выпускных газов и воздуха выполняется сжатие воздуха и расширение газов. Конструкция выполнена из ротора с продольными ребрами, которые образуют каналы-ячейки, открытые с обоих концов, и статора с окнами: выпускными и впускными. Расположение каналов-ячеек может выполняться в 2-3 яруса. Привод ротора осуществляется за счет ременной передачи. Принцип действия системы. При использовании волн давления в выпускном трубопроводе выполняется сжатие воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Начало рабочего цикла в каждом канале выполняется с момента его совмещения с газоподводящим окном. При этом по каналу от выпускного органа происходит распространение волны давления, сжимающей находящийся в канале воздух. При совмещении канала с окном сжатый воздух направляется во впускной коллектор двигателя, а волна разрежения распространяется к противоположному концу канала. Разобщение канала с окном происходит до момента подхода отработавших газов. При дальнейшим движении выполняется совмещение канала с окном и происходит истечение отработавших газов. Вследствие того, что часть свежего воздуха смешивается с отработавшими газами, размеры окон выбираются такими , при которых образовавшаяся смесь вытекает через окно.

Выполнен патентный поиск с обзором конструкций обменников давления, в ходе которого изучены патенты: №2382240, патент РФ № 2133886 Волновой обменник.

Определены параметры совместной работы поршневого двигателя и нагнетателя.

Описан принцип работы проектируемого нагнетателя.

За основу разработки взят патент №2382240. Конструкция устройства выполнена из электромагнитного клапана, патрубка к выпускному коллектору двигателя, патрубка к выхлопной трубе, корпуса, патрубка к воздушному фильтру, шкива. Поступление воздуха от воздушного фильтра выполняется в патрубок. Шкив проворачивает рабочее колесо на 30⁰. Отработавшие газы с давлением выше атмосферного от выпускного коллектора устремляются через патрубок в рабочее колесо, при этом сдавливая поступивший атмосферный воздух. Шкив выполняет проворачивание рабочего колеса до окна впускного коллектора, при этом происходит поступление воздуха под давлением в систему питания ДВС. При повороте шкива еще на 90⁰ отработавшие газы поступают в выхлопную трубу. Далее процесс повторяется, в рабочем колесе частично перемешиваются газы, в процессе рекуперации происходит дожигание несгоревшего топлива. При установке нагнетателя должно выполняться условие полного охлаждения двигателя. После установки обязательно производится пробный пуск и проверка на отсутствие утечки газов. Только после этого нагнетатель вводится в эксплуатацию.

  Выполнены расчеты, подтверждающие работоспособность конструкций с определением значений:

Приведено технико-экономическое обоснование эффективности конструктивной разработки наддува для повышения экологичности и экономичности двигателей ЗМЗ-402. Определен годовой экономический эффект от внедрения конструкции, равный 79011 руб, коэффициент эффективности 8 и срок окупаемости 0,12 года.

Разработан раздел по безопасности жизнедеятельности и экологичности проекта.

В дипломном проекте разработана конструкция волнового обменника для наддува двигателя ЗМЗ-402 и способ форсирования двигателя турбонаддувом.