Модернизация автомобильного двигателя МеМЗ 968ГЭ для увеличения мощности, улучшения тяговых характеристик и повышения экономичности

В течении многих десятилетий отечественным производителем, Запорожским автомобильным заводом, выпускался в различных модификациях автомобиль ВлЗапорожецВ». За долгое время накопился большой парк этих автомобилей и особенно модели ЗАЗ 968 и его модификаций. Машина показала себя неприхотливой, обладающей высокой проходимостью и неплохой нагрузочной способностью. Много автомобилей ЗАЗ являются незаменимыми помощниками в условиях села и города, сочетая в себе низкую стоимость и простоту в обслуживании.

Однако при наличии многих положительных качеств автомобиль ЗАЗ 968 имеет ряд конструктивных особенностей, которые можно назвать его недостатками. Одним из самых важных недостатков является малая мощность силового агрегата тАУ двигателя МеМЗ 968ГЭ. Малая мощность сочетается с высоким расходом топлива, реально достигающим 10 литров на 100 километров.

В нашей семье до недавнего времени был автомобиль ЗАЗ 968М и во время проведения ремонта я решил внимательно изучить двигатель и попытаться внести такие изменения в его конструкцию, которые бы позволили увеличить мощность с одновременным снижением расхода топлива.

Недостатки двигателя МеМЗ 968ГЭ и

возможные пути их устранения.

Любые попытки внести изменения в топливную систему с целью экономии топлива приводили к положительному результату только вместе со снижением динамических характеристик автомобиля. Однако в наших условиях горной местности уменьшение мощности в целях экономии топлива приводит к другому затруднению тАУ перегреву на затяжных подъемах. Воздушное охлаждение не позволяет эффективно охлаждать цилиндры двигателя при работе с очень высокими нагрузками. Требовалось вносить изменения в конструкцию двигателя, что стало возможным при его капитальном ремонте.

Внимательно изучив принципы работы двигателей внутреннего сгорания, я понял, что мощность двигателя можно повысить несколькими путями:

- увеличением объема цилиндров и количества подаваемого топлива;

- увеличением длины хода поршня и соответствующим увеличением степени сжатия топливно тАУ воздушной смеси в цилиндрах;

- увеличением давления сжатия топливно тАУ воздушной смеси в цилиндрах каким тАУ либо другим способом.

Первый вариант мной не рассматривался, так так он приводит к еще большему расходу топлива.

Второй вариант оказался трудно выполнимым, так как требует изменения конструкции коленчатого вала и удлинения шатунов. Такую работу возможно сделать только в заводских условиях и потому я не разрабатывал этот вариант.

Разрабатывая третий вариант, я пришел к выводу, что увеличить давление сжатия рабочей смеси в цилиндрах можно двумя способами тАУ уменьшить при сжатии утечку смеси, а при рабочем ходе уменьшить прорыв выхлопных газов в картер двигателя между корпусом цилиндра и корпусом поршня (первый способ), или принудительно нагнетать воздух в цилиндры для создания давления в них еще на стадии впуска (второй способ).

Второй способ достаточно труден в реализации и требует тщательной разработки. В настоящее время я веду разработку конструкции нагнетателя воздуха с ременным приводом, однако более простым, хотя и менее эффективным, является первый способ. Рассмотрим, что нам даст уплотнение зазора между поршнем и стенками цилиндра при работе четырехтактного карбюраторного двигателя, каким является двигатель МеМЗ968ГЭ.

При проектировании и расчете двигателя внутреннего сгорания величина давления в цилиндре при сжатии рабочей смеси (так называемая компрессия ) имеет важнейшее значение и оказывает прямое влияние на эффективную мощность двигателя.

Начнем с цикла впуска. Формула расчета давления в конце цикла впуска имеет вид:

Р_а = Р₀ - D Р_а

где Р₀тАУ плотность заряда (давление в цилиндре) на впуске, D Р_а - потери воздуха из тАУ за сопротивления впускных каналов и неплотности зазора между поршнем и цилиндром. Здесь мы видим, что уплотнение зазора уменьшает потери при впуске за счет увеличения разрежения в цилиндре при впуске.

Соответственно мы получаем давление в конце сжатия в соответствии с формулой:

Р_с = Р_а×eⁿ ,

где Р_а- давление в конце цикла впуска, e - степень сжатия ( в нашем случае величина неизменная, зависящая от соотношения длины хода поршня и величины рабочей камеры), тАУ коэффициент политропности процесса ( в нашем случае не изменяющий значения ).

Из него мы можем получить среднее эффективное давление рабочего цикла:

p_e= p_i - p_m

где p_iтАУ индикаторное давление рабочего цикла двигателя, прямо пропорциональное давлению при сжатии ( p_i= P_c/ e- 1 ) , p_mтАУ давление механических потерь на преодоление сопротивления кривошипно тАУ шатунного механизма, сил инерции, возникающих при работе двигателя и сопротивления внешних устройств (генератора, топливного насоса и т.д.), а так же потери при прорыве газов через неплотности газораспределительных клапанов и неплотность между стенками цилиндра и поршнем.

Эффективная мощность двигателя рассчитывается по формуле:

N_е = р_е V_л n / 30t,

Из нее мы видим, что мощность прямо пропорциональна среднему эффективному давлению рабочего цикла.

При дополнительном уплотнении зазора между стенками цилиндра и поршнем мы получаем увеличение заряда при впуске, соответственно получая более высокое давление при сжатии. Это дает нам более высокое среднее эффективное давление рабочего цикла, что приводит к увеличению мощности двигателя.

В автомобильном двигателе роль уплотнителя между стенками цилиндра и поршнем выполняют компрессионные поршневые кольца. В двигателе МеМЗ 968ГЭ их два тАУ верхнее и нижнее. Поршневая группа обеспечивает такую степень сжатия, которая соответствует давлению компрессии в цилиндрах 9 кг./ см² при объеме цилиндров 1198 см^{3 .} Автомобильные двигатели ВАЗ, АЗЛК, имеющие близкие по значению объемы цилиндров (ВАЗ 2101 тАУ 1200 см³), развивают давление компрессии в цилиндрах 12 кг./см². Такая существенная разница получается за счет больших тепловых зазоров между поршнем и цилиндром в двигателе МеМЗ 968ГЭ из тАУ за малоэффективного воздушного охлаждения.

При рассмотрении поршневой группы, снятой для ремонта, я обратил внимание на большое расстояние между донышком цилиндра и кольцевой канавкой для установки верхнего поршневого кольца ( рис. 1). Я предполагаю,