ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный
университет
им. М.К. Аммосова»
Автодорожный факультет
Кафедра «машиноведение»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу «Термодинамика»
на тему «Тепловой расчет двигателя 1G»
г.Якутск, 2013г.
Оглавление
Введение………………………………………………………………………….3
Глава 1. Серии двигателей 1G………………………………………………….5
1.1. Характеристика
двигателей…………………………………...........5
1.2. Двигатель 1G и его модификации………….……………………..12
1.3. Достоинства и
недостатки двигателей 1G-EU и 1G-GEU…..…..14
Глава 2. Тепловой расчет двигателя
1G-FE………………………………….18
2.1. Наполнение………………………………………………………...20
2.2. Сжатие………………………………………………………….…..21
2.3. Сгорание………………………………………………………..…..21
2.4. Расширение………...…………………………………………..…..24
Глава 3. Построение индикаторной
диаграммы……………………………..25
3.1. Индикаторные показатели………………………………...………26
3.2. Эффективные показатели…………….…………...……..………..27
Заключение……………………………………………….………………………28
Список используемых источников
и литературы…………………………..…29
|
| |
| |
Введение
В настоящее время двигатель
внутреннего сгорания является основным видом автомобильного
двигателя. Двигателем внутреннего сгорания
(сокращенное наименование – ДВС)
называется тепловая машина, преобразующая
химическую энергию топлива в механическую
работу. Тепловой
расчет двигателя служит для определения
параметров рабочего тела в цилиндре двигателя,
а также оценочных показателей рабочего
процесса, для оценки мощностных и экономических
показателей, позволяющих оценить мощность
и расход топлива.
На наземном транспорте наибольшее распространение
получили двигатели внутреннего сгорания.
Эти двигатели отличаются компактностью,
высокой экономичностью, долговечностью
и применяются во всех отраслях народного
хозяйства.
В настоящее время особое внимание уделяется
уменьшению токсичности выбрасываемых
в атмосферу вредных веществ и снижению
уровня шума работы двигателей.
Специфика технологии производства двигателей
и повышение требований к качеству двигателей
при возрастающем объеме их производства,
обусловили необходимость создания специализированных
моторных заводов. Успешное применение
двигателей внутреннего сгорания, разработка
опытных конструкций и повышение мощностных
и экономических показателей стали возможны
в значительной мере благодаря исследованиям
и разработке теории рабочих процессов
в двигателях внутреннего сгорания.
Выполнение задач по производству и эксплуатации
транспортных двигателей требует от специалистов
глубоких знаний рабочего процесса двигателей,
знания их конструкций и расчета двигателей
внутреннего сгорания.
Рассмотрение отдельных процессов в
двигателях и их расчет позволяют определить
предполагаемые показатели цикла, мощность
и экономичность, а также давление газов,
действующих в над поршневом пространстве
цилиндра, в зависимости от угла поворота
коленчатого вала. По данным расчета можно
установить основные размеры двигателя
(диаметр цилиндра и ход поршня) и проверить
на прочность его основные детали. Актуальность.
Одним из наиболее энергоемких этапов
производства двигателей внутреннего
сгорания (ДВС) являются стендовые испытания.
В процессе их проведения с помощью электрических
нагружающих устройств имитируется
реальная нагрузка ДВС, производится отладка,
экспериментально определяются качественные
и количественные характеристики испытуемых
двигателей. При полезном использовании
энергии ДВС современные испытательные
станции могут стать дополнительной электрогенерирующей
составляющей в энергетическом балансе
моторостроительных предприятий. Особенностью
испытательных стендов является то, что
основным регулируемым параметром является
нагрузочный момент, точность измерения,
задания и стабилизации которого определяет
качество испытаний и количественные
показатели настройки выпускаемых ДВС,
в частности, удельный расход топлива.
Глава 1. Серия двигателей 1G
(TOYOTA)
1.1. Характеристика двигателей
Большое семейство рядных шестицилиндровых
двигателей, которое ставилось на задне
- и полноприводные автомобили TOYOTA. Первый
представитель семейства - 1G-EU (единственный
из серии с 2 клапанами на цилиндр) появился
еще в 1979 году, максимальный же "расцвет"
этого семейства двигателей пришёлся
на конец 80-х годов, когда одновременно
выпускалось четыре модификации этого
двигателя. Особенностью серии является
то, что все двигатели принадлежащие к
ней, оснащались электронной системой
распределённого (многоточечного) впрыска
топлива (EFI - Electronical Fuel Injection).
Вернёмся к 1G-EU. Этот двигатель
обладал весьма скромными, по нынешним
меркам, характеристиками: мощность 105
л.с. при частоте вращения 5200 об/мин, максимальный
крутящий момент составлял 160 Н м при 4400
об/мин. Ставили его на различные модификации
TOYOTA CROWN (кузова GS 110/120); MARK II/CHASER/CRESTA (GX 60/70);
SOARER (GZ10/20), из всей серии 1G, он отличается
наибольшей надёжностью, а также простотой
в обслуживании и ремонте. Сняли его с
производства в 1988 году, когда на смену
ему пришёл 1G-FE.
Параллельно с производством
1G-EU, концерн TOYOTA в 1983 году начал выпуск
нового более "оборотистого" двигателя
- 1G-GEU, который стал первым серийным тойотовским
двигателем с четырьмя клапанами на цилиндр
. В головке блока этого двигателя было
два распределительных вала (один для
впускных, а другой для выпускных клапанов),
каждый из которых приводился через собственное
зубчатое колесо от общего ремня газораспределения.
Естественно, что такая конструкция предполагала
существенные отличия от 1G-EU - двигатели
имели несовместимые клапанные механизмы,
ремни ГРМ, головки блоков и.т.д. Благодаря
форсировке и 4-м клапанам на цилиндр, мощность
двигателя составила от 140 л.с.при 6200 об/мин
(для CROWN) до 160 л.с. при 6400 об/мин (для MARK
II/CHASER/CRESTA), крутящий момент возрос до 186
Н м при 5200 об/мин. Устанавливали его на
более дорогие модификации тех - же автомобилей,
где ставили и 1G-EU (обычно машины с таким
двигателем имели надпись TWIN CAM 24 на крышке
багажника и решётке радиатора). Правда
на TOYOTA CROWN GS110 его не было (так как эту машину
сняли с производства в 1983 году), зато поставили
на новую SUPRA в кузове GA70, выпуск которой
начался в 1986 году. Выпуск этого двигателя
прекратили в 1988 году, когда начали выпускать
1G-GE.
В 1986 году началось производство
сразу двух новых двигателей, причём оба
были с наддувом: 1G-GZE имел наддув с приводом
компрессора от коленчатого вала двигателя,
а 1G-GTEU был оснащён турбокомпрессором
(выхлопные газы вращали турбину).
Как уже говорилось выше, 1G-GZE
оснастили механическим компрессором
- нагнетателем воздуха, который имел привод
от коленчатого вала двигателя через ремень.
Данная система наддува обладает как достоинствами,
так и недостатками по сравнению с газотурбинным
наддувом. К достоинствам таких систем
наддува можно отнести большую надёжность
(ведь нет - же турбины со скоростью вращения
до 200000 об/мин), лучшую тяговитость на "низах"
(турбина эффективно работает в достаточно
узком диапазоне частот вращения двигателя:
примерно от 3000 до 6000 об/мин). К недостаткам
систем механического наддува относится,
прежде всего более низкий КПД двигателя,
оборудованного такой системой по сравнению
с турбонаддувным двигателем (полезная
энергия выхлопных газов никак не используется,
а на привод компрессора затрачивается
энергия самого двигателя). Мощность 1G-GZE
составила солидные 160 л.с. при 6000 об/мин
(с 1988 года - 170 л.с. при 6000 об/мин), а крутящий
момент возрос до 230 Н м при 4000 об/мин. Предназначался
этот двигатель, в первую очередь, для
тяжёлого CROWN (оснащали им "люксовые"
варианты GS120 и GS130), которому не хватало
тяги безнаддувных 1G-EU/FE и 1G-GEU/GE. Однако
кроме CROWN, было принято решение устанавливать
такие двигатели на новую серию MARK II/CHASER/CRESTA
(кузов GX80, начало выпуска - 1988 г.), где он
просуществовал до августа 1990 г. На CROWN
же, его ставили до 1992 г. Все автомобили
с этим двигателем отличаются хорошей
"тяговитостью" и имеют шильдик SUPER
CHARGER (обычно в дополнение к надписи TWIN
CAM 24) на крышке багажника и решётке радиатора,
кроме того, все двигатели 1G-GZE агрегатировались
только с автоматической коробкой передач.
Перейдём к 1G-GTEU. Этот турбонаддувный
двигатель был первым из японских двигателей,
сочетавшим в себе 4 клапана на цилиндр
и турбонаддув, что и предопределило его
высокую отдачу: мощность 185 л.с. при 6200
об/мин, крутящий момент 245 Н м при 3200 об/мин.
Особенностью этого двигателя было то,
что он имел две турбины (TWIN TURBO), которые
различались по оптимальным частотам
вращения двигателя, благодаря чему зона
эффективной работы турбонаддува была
расширена. Предназначались эти двигатели
для "горячих" модификаций MARK II/CHASER/CRESTA
в кузове GX70 и для SOARER GZ10/20, а также SUPRA GA70
. На автомобилях оснащённых этими двигателями
ставили шильдик GT TWIN TURBO. Выпуск этого
двигателя был прекращён в 1988 году, когда
на смену ему пришёл 1G-GTE.
В 1988 году, вместе со сменой
поколений MARK II/CHASER/CRESTA произошла и смена
поколений двигателя 1G. Из производственной
программы TOYOTA исчезли двигатели, имеющие
букву U после тире. Рассмотрим первого
представителя нового семейства - 1G-GE.
Этот двигатель предназначался для модификаций
"средней навороченности" MARK II/CHASER/CRESTA
в кузове GX80, для CROWN в кузове GS130, ставили
его также на SOARER GZ20 и SUPRA GA70.Как ни странно,
но по сравнению со своим предшественником,
коим являлся 1G-GEU, этот двигатель потерял
в мощности, которая составила 150 л.с., что
вполне объяснимо, так как она достигается
при 6200, а не при 6400 об/мин как было раньше.
Крутящий момент остался тем - же и составил
186 Н м, но уже при 5600 об/мин, т.е. он достигался
при более высоких оборотах. Впускали 1G-GE
по 1993 год, когда была снята с производства
SUPRA в 70-м кузове. На всех машинах с этим
двигателем, как и в случае с 1G-GEU также
был шильдик TWIN CAM 24.
Самым мощным за всю историю
1G стал 1G-GTE, который сменил в производственной
программе TOYOTA своего предшественника
- 1G-GTEU. Мощность 1G-GTE достигла 210 л.с. при
6200 об/мин, крутящий момент составил 280
Н м при 3800 об/мин. Устанавливали его на
"горячие " модификации MARK II/CHASER/CRESTA
в кузове GX80 (выпусков 1988 - августа 1990 г.),
а также на SOARER GZ20 и SUPRA GA70 (выпусков 1988
- 1991 г.). Машины с этим двигателем имели
надпись - GT TWIN TURBO.
Наконец мы добрались до 1G-FE,
который выпускается с 1988 года по настоящее
время (правда с довольно большими конструктивными
изменениями). Двигатель этот пришёл на
смену 1G-EU, ставили его на "стандартные"
модификации MARK II/CHASER/CRESTA в кузовах GX80/90,
также им оснащали "самые слабые"
SOARER GZ20 и CROWN GS130/140. Особенностью конструкции
двигателя является то, что он имеет 4 клапана
на цилиндр, однако от ремня ГРМ приводится
только один распределительный вал, другой
же вал имеет привод от первого вала через
шестерню (у 1G-GE, например, каждый рапредвал
приводится через своё зубчатое колесо
от ремня ГРМ). Благодаря такой конструкции,
головка блока имеет несколько меньшую
ширину (так называемый "твин кам с узкой
головкой"). Мощность двигателя составила
135 л.с при 5600 об/мин, крутящий момент 180
Н м при 4400 об/мин. Автомобили семейства
MARK II/CHASER/CRESTA в кузове GX80 на заднем стекле
обычно имели надпись: 24 VALVE EFI.
В 1996 году, с приходом новых
MARK II/CHASER/CRESTA (кузов GX100) 1G-FE несколько модернизировали.
Его мощность составила 140 л.с, а крутящий
момент возрос до 185 Н м. Однако в 1998 году
этот двигатель опять подвергли модернизации:
тогда начался выпуск новой спортивной
модели - TOYOTA ALTEZZA. Под стать машине сделали
и двигатель, теперь он оснащён газораспределительным
механизмом с изменяемыми фазами (фирменное
обозначение - VVTi) и входит в число двигателей
под общим названием BEAMS. Благодаря этим
техническим ухищрениям, а также повышенной
частоте вращения, мощность двигателя
возросла до 160 л.с. при 6200 об/мин, а крутящий
момент составил 200 Н м при 4400 об/мин. Естественно
той простоты в ремонте и обслуживании,
что была у 1G-EU и в помине нет... Кроме модели
ALTEZZA, этот двигатель продолжали ставить
на MARK II/CHASER/CRESTA в кузове GX100, и новая модель
- MARK II (GX110), выпуск которой начался в 2000
году, также получила этот двигатель для
установки на самые дешёвые модификации
автомобиля. В 2001 году начался выпуск TOYOTA
ALTEZZA GITA (универсал на базе TOYOTA ALTEZZA), которая
также оснащается этим двигателем.
Вся серия 1G весьма надёжна
в эксплуатации. К достоинствам этих двигателей
можно отнести: очень низкие шумность
и вибрацию при работе, большой ресурс
(правда к турбонаддуву это не относится).
К недостаткам этих двигателей относится
повышенная чувствительность к качеству
моторного масла. Из характерных дефектов
было отмечено частое "умирание"
датчика давления масла на 1G-FE (особенно
88 - 92 годов выпуска), т.е. когда с системой
смазки всё в порядке, а лампа датчика
постоянно горит при заведённом двигателе,
из - за чего многие владельцы машин с 1G-FE
были не на шутку перепуганы, рассчитывая
на предстоящий серьёзный ремонт. Больше
слабых мест у этих двигателей нет.
Таблица 1.1. Сводная таблица
с данными по серии 1G
Модель
двигателя |
Годы выпуска |
Мощность (л.с.)/при оборотах |
Крут.момент (Н*м)/при оборотах |
Степень сжатия |
Клапанов на
цилиндр |
1G-EU |
1979-88 |
105/5200 |
160/4400 |
9.2 |
2 |
1G-GEU |
1983-88 |
140/6200 -160/6400 |
186/5200 |
9.1 |
4 |
1G-GZE |
1986-92 |
160/6000 -170/6000 |
230/3600 |
8.0 |
4 |
1G-GTEU |
1986-88 |
185/6200 |
245/3200 |
8.5 |
4 |
1G-GE |
1988-92 |
150/6200 |
186/5400 |
9.5 |
4 |
1G-GTE |
1988-91 |
210/6200 |
280/3800 |
8.5 |
4 |
1G-FE |
1988-96 |
135/5600 |
180/4400 |
9.6 |
4 |
- |
1996-98 |
140/5750 |
185/4400 |
9.6 |
4 |
1G-FE VVT-i |
1998-2001 |
160/6200 |
200/4400 |
10.0 |
4 |