Системы и механизмы бензинового двигателя на примере автомобиля Кia Optima 2.4

В ходе выполнения курсового проекта, были рассмотрено основное устройство двигателя G4KEKiaOptima 2,4 л.
Двигатель G4KE / 4B12 относится к семейству Theta II (по линии Митсубиси это 4B1, где 4В12 является наследником известного 4G69). В то же время на крайслеровских автомобилях эти моторы известны как Chryslerworld. В любом случае, это по сути, увеличенный G4KD / 4B11, за счет коленвала с ходом поршня 97 мм, вместо 86 мм на младшей двухлитровой версии, и с поршнями 88 мм, против 86 мм на 2.0 л.
В работе подробно рассмотрено устройство системы распределенного впрыскивания(MPI).
Двигатель выпускается с 2003 года и по сути является устаревшим.
Таким образом, основными направлениями улучшения характеристик двигателя 2,4 литра,на примере KiaOptima является:
1. Улучшение топливной экономичности ...

Введение 3
1. Основные параметры и характеристики современных автомобилей и их двигателей 4
2. Общая характеристика автомобиля и его элементов 7
3. Устройство системы распределенного впрыскивания (MPI) 10
3.1 Схема системы распределенного впрыскивания (MPI) 10
3.2 Схема подачи топлива 11
3.3 Система зажигания 12
4. Элементы системы распределенного впрыскивания топлива (MPI) 16
4.1 Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) 17
4.2 Исполнительные устройства (актюаторы) 18
Заключение 20
Список литературы 21

Автомобилестроение является одной из быстропрогрессирующих от-раслей индустрии. Мировое производство легковых автомобилей в 2010 году составило около 60 млн. шт., что примерно на 45 % больше чем 20 лет назад. К началу XXI века общий парк легковых автомобилей в мире превысил 550 млн. единиц, увеличившись за последнее десятилетие на 26%. Значительная доля мирового парка автомобилей (примерно 47%) приходится на Европу, включая Россию. В российском автомобилестроении доля производства легковых автомобилей составляет около 83% - более 1.5 млн. шт. (данные 2010 года). Аналогичное соотношение характерно и для мировой автомобильной индустрии в целом.
Все это привлекает внимание к настоящему и будущему легкового автомобиля в целом и к развитию автомобильных двигателей в частности.
Современными тенд енциями развития двигателестроения является:
• Улучшение топливной экономичности и связанной с ним токсичности выхлопных газов:
• Увеличение мощности двигателя;
• Увеличение ресурса двигателя:
• Улучшения компактности двигателя (с целью улучшения разве-совки и оптимизации внутреннего пространства автомобиля):
• Возможность изменения степени сжатия;
Рассмотрим какими средствами достигаются эти цели и что это за со-бой влечетна примере автомобиля KiaOptima 2.4.
 

Для современных бензиновых двигателей эта величина составляет 260-300 г/кВт*ч или 190-220 г/л.с.*ч и мало что определяет, т.к. в основном зависит от выбранных регулировок. Гораздо важнее ветчина минимального удельного расхода топлива по нагрузочной или регулировочной (по составу смеси) характеристике при экономичной регулировке топливоподачи, которая определяет экономичность с учетом степени сжатия, особенностей протекания рабочего процесса и других факторов. Минимальный удельный расход топлива по этим характеристикам находится в пределах 230-260 г/л.с.*ч или 170-190 г/л.с.*ч.2. Общая характеристика автомобиля и его элементовАвтомобиль Optima является автомобилем бизнес-класса концерна Kia.Общий вид автомобиля и его технические характеристики представлены на рис. 1 и в табл.1.Рис.1. Общийвид автомобиля Kia Optima.Таблица 1. Технические характеристики автомобиля Kia Optima.ДВИГАТЕЛЬТип топливабензиновыйТип двигателя2.0 MPI (Nu 2.0 CVVL) распределенный впрыск топлива с электронным управлением2.4 MPI (Theta-II) распределенный впрыск топлива с электронным управлением2.0 T-GDI (Theta-II) турбированный, непосредственный впрыск топлива с электронным управлениемКол-во/расположение цилиндров4, рядноеРабочий объем, см3199923591998Количество клапанов16Максимальная мощность, л.с. (об./мин.)150 (6500)188 (6000)245 (6000)Максимальный крутящиймомент, Н•м (об./мин.)196 / 4800241 / 4000350 / 1400-4000Требования к топливубензин АИ-92/АИ-95ТРАНСМИССИЯТип трансмиссииMTАТATТип приводапереднийКоличество передач6КУЗОВТип кузоваседанКоличество дверей/мест4/5Габариты (длина/ширина/высота), мм4855 / 1860 / 1485Колесная база, мм2805Колея (передняя, задняя), мм1594 - 1604 / 1595 - 1605Дорожный просвет, мм155Объём багажника, л (VDA)510Подвеска (передняя/задняя)независимая, пружинная, типа Макферсон, со стабилизатором поперечной устойчивости / независимая, многорычажная, пружинная, с телескопическими гидравлическими амортизаторами, со стабилизатором поперечной устойчивостиТормоза (передние/задние)дисковые вентилируемые/ дисковыеСнаряженная масса (мин/макс), кг1530/16401545/16601575/16851655/1755Полная масса2000202020502120ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИРазгон 0-100 км/ч, c9.610.79.17.4Разгон 60-100 км/ч, c9.75.84.73.7Максимальная скорость, км/ч205202210240Путь при торможении со 100 до 0 км/ч, м37.637.6 / 35.535.5 / 35.335.3РАСХОД ТОПЛИВА*Объём топливного бака, л70Город, л/100км10.411.21212.5Трасса, л/100км6.15.86.26.3Смешанный, л/100км7.77.88.38.5В данной курсовой работе мы рассматриваем «Системы и механизмы бензинового двигателя на примере автомобиля Кia Optima 2.4». Поэтому более подробно рассмотрим устройство двигателя 2.4 MPI (Theta-II) с непосредственным впрыском топлива и электронным управлением.Рис.2. Характеристика двигателя 2.4 MPIТаблица 2. Сравнительная характеристика двигателей 2,0/2,4 лОписаниеТехнические характеристикиОБЩИЕ СВЕДЕНИЯТипОднорядный, DOHCКоличество цилиндров4Диаметр отверстия[2,0/2,4 л] 86 мм (3,385 дюйма) / 88 мм (3,464 дюйма) / 88 мм (3,464 дюйма)Ход поршня[2,0/2,4 л] 86 мм (3,385 дюйма) / 88 мм (3,464 дюйма) / 97 мм (3,819 дюйма)Общий рабочий объем[2,0/2,4 л] 1998 куб. см (121,92 куб. дюйма) / 2359 куб. см (143,90 куб. дюйма)Степень сжатия10,5 ± 0,3 : 1Порядок работы цилиндров1-3-4-23. Устройство системы распределенного впрыскивания (MPI)3.1 Схема системы распределенного впрыскивания (MPI)Электронно-управляемая система впрыскивания бензина, используемая в автомобилях фирмы Kia, состоит из:• системы подачи топлива;• системы зажигания;• системы управления расходом воздуха;• системы управления токсичностью отработавших газов.На рис.3 представлена электронно-управляемая система впрыскивания бензина двигателя Кia Optima 2.4 MPI (Theta-II).Рис.3. Электронно-управляемая система впрыскивания бензина двигателя Кia Optima 2.4 MPI (Theta-II)В системе распределенного впрыскивания (MPI) фирмы Kia для двигателя G4KE при расчете соотношения воздух-топливо используется способ определения количества воздуха, поступающего в цилиндры, используется датчик расхода воздуха типа Karman (Karman Vortex – вихри Кармана). Этот тип датчика преобразует расход воздуха в цифровой код, что повышает точность и быстродействие. Он обеспечивает измерение объёма воздуха, поступающего в двигатель. Массовый расход рассчитывается с учётом плотности воздуха.3.2 Схема подачи топливаРис.4. Схема системы подачи топлива двигателя G4KE.Системы подачи топлива (рис.4), применяемые на автомобилях Kia Optima 2.4, производят точную дозировку топлива, обеспечивая оптимальное соотношение между получаемой мощностью, топливной экономичностью и низким уровнем токсичности отработавших газов.Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) получает сигналы от соответствующих датчиков и управляет топливными форсунками таким образом, чтобы обеспечить наилучший состав воздушно-топливной смеси на различных режимах двигателя. Объём впрыскиваемого топлива задаётся временем работы форсунки (временем впрыска). Существует установленное базовое время впрыска, которое меняется в зависимости от оборотов двигателя и массы поступающего воздуха.При изменении режимов работы, топливная система немедленно к ним подстраивается. В соответствии с сигналами от различных датчиков и дорожными условиями вычисляется оптимальное время открытия форсунок (объём впрыскиваемого топлива). 3.3 Система зажиганияРис. 5. Схема системы зажиганияДля обеспечения эффективного сгорания, система зажигания должна воспламенять воздушно-топливную смесь в цилиндре двигателя в точно заданный момент. Правильно выбранный момент зажигания гарантирует, что выделяющаяся тепловая энергия и развиваемое в цилиндре давление, как результат сгорания, высвобождаются в оптимальный момент в соответствии с положением поршня. Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) получает сигналы от датчика положения коленчатого вала, датчика положения распределительного вала и датчика расхода воздуха и управляет моментом зажигания. Дополнительно угол опережения зажигания корректируется в соответствии с условиями работы двигателя, такими как температура охлаждающей жидкости, температура воздуха, атмосферное давление, детонация и др.3.4 Система управления расходом воздухаРис. 6. Схема системы управления расходом воздухаСистема управления расходом воздуха (рис.6) состоит из системы регулирования расхода воздуха и системы управления оборотами холостого хода. Система регулирования расхода воздуха обеспечивает оптимальную регулировку потока воздуха при движении автомобиля на нагрузочных режимах. Регулирование расхода воздуха осуществляется путем изменения положения дроссельной заслонки, при помощи механического привода.Система управления оборотами холостого хода регулирует расход воздуха через систему впуска при полностью закрытой дроссельной заслонке. На вход системы поступает информация о значениях текущих параметров двигателя и окружающей среды, включая данные о частоте вращения двигателя и положении дроссельной заслонки.На холодном двигателе частота оборотов холостого хода регулируется с помощью двух различных клапанов. Биметаллический ограничитель регулирует расход воздуха в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Сервопривод регулирует расход в соответствии с командами, получаемыми от блока управления двигателем.Во время холодного пуска ограничитель увеличивает количество воздуха, поступающего во впускной коллектор, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. После достижения нормальной рабочей температуры ограничитель закрывается, а для регулирования частоты оборотов холостого хода используется только клапан сервопривода.3.4 Система управления токсичностью отработавших газовРис. 8. Схема системы управления токсичностью отработавших газовСистемы управления токсичностью отработавших газов необходимы для снижения содержания углеводородов (СН), окиси углерода (СО), и окислов азота (NOx). На автомобилях фирмы Kia устанавливаются следующие системы, снижающие выбросы вредных компонентов в отработавших газах.Система принудительной вентиляции картера (PCV)Часть газов из камеры сгорания прорывается, через неплотности поршневых колец, в картер двигателя. Эти просочившиеся газы (blow-by gases) токсичны и при попадании в атмосферу наносят вред окружающей среде.Клапан принудительной вентиляции картера (PCV valve) является основным элементом этой системы. Он пропускает картерные газы во впускной коллектор, где они, перемешиваясь с воздушно-топливной смесью, направляются в камеру сгорания двигателя.