ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Организация серийного производства деталей двигателя внутреннего сгорания из сплавов на основе титана»

Рекомендуемая область пременения

Двигателестроение

Назначение, цели и задачи проекта

Развитие двигателестроения для транспортных средств на современном этапе во многом определяется жесточайшей конкуренцией на мировом рынке и непрерывном ужесточением законодательных норм, направленных на ограничение токсичности выбросов и шума (известные Европейские нормы Euro-1,2,3,4 и 5 в ближайшей перспективе). Применение для деталей двигателей новых конструкционных материалов: композиты, интерметаллиды, керамика – способствуют выполнению указанных норм. Удельные (отнесенные к плотности) механические свойства (прочности, жесткости, усталости) ряда новых конструкционных материалов значительно выше, чем традиционных материалов. Что позволяет, при их использовании, снизить массу движущихся с высокими скоростями и ускорениями деталей двигателя до 50% и более. Тем самым, снизить нагруженность механизмов и деталей двигателя, потери на трение и добиться, в ряде случаев, многофакторной эффективности.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В России НИОКР по исследованию возможности использованию новых материалов  в ДВС проводились в составе ГНТП «Экологический чистый транспорт» (проект «Композит»). В результате выполнения НИОКР были изготовлены два экспериментальных двигателя ВАЗ-1111 (автомобиль «Ока»), на который были установлены детали из композитов: толкатели клапанов, поршни, шатуны, выпускной трубопровод, шестерни привода уравновешивающих валов, крышка клапанного механизма, масляный пддон из керамики, накладки толкателей, направляющие втулки. Двигатели прошли 100-часовые стендовые моторные и эксплуатационные испытания на автомобилях «ОКА» пробегом 80 и 35 тыс. км.

В последующие исследования были сконцентрированы на разработке легких клапкнов газораспределения и шатунов из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al, обладающей повышенной жаропрочностью и модулем упругости, в частности на основе интерметаллида Ti₃Al (a₂ – фаза).

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Базируясь на полученных результатах НИОКР ООО «Компоненты двигателя» были самостоятельно разработаны основополагающие технологические процессы, которые сделали возможными изготовление клапанов из оригенальных титановых сплавов повышенной жаропрочности.

Результатом научных исследований явилась разработка методов расчета и анализа, которые постоянно применяются при проектировании клапанов:

- располагая расчетными тепловыми граничными условиями в головке цилиндров проводится расчет температур в клапанах;

- удельные деформации и компоненты напряжений вычисляются как от действия тепловых или механических нагрузок, так и от суммарных нагрузок.

Сплавы на основе интерметаллида титана Ti₃Al, применяемые для выпускных клапанов:

- разработанные составы сплавов обеспечивают необходимый уровень жаропрочных свойств в согласованности с максимальными рабочими температурами выпускных клапанов (до 850°С);

- необходимая и достаточная термическая стабильность обеспечивается специальными технологиями. (Сплав Ti-14 Al-6.,5 (Nb,V,Zr) разработан МАТИ им. К.Э. Циолковского).

При изготовлении клапанов используются оригинальные деформационные технологии с микропроцессорным управлением при контроле температур. Этим достигается стабильность макро- и микроструктур и , соответственно, механических свойств материала клапана. Типы получаемых микроструктур:

- в стержне – комбинация бимодальной и мелкозернистой пластинчатой;

- в головке – преобладающе пластинчатая микроструктура.

Планируемые перспективы развития производства:

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Инновационными составляющими данного проекта являются:

Новые продукты: клапаны газораспределения и шатуны поршневых двигателей со сниженной до 50% массой из сплавов на основе титана;

Оригинальные способы изготовления клапанов и шатунов, построенные на основе деформационных технологий;

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Используется прогрессивная система организации производства от проектирования клапана до его изготовления. Реализован сквозной параллельный цикл «проектирование – производство» в совокупности с применением гибкого технологического процесса. Такая схема производства позволяет:

изготавливать клапаны широкого ассортимента;

изготавливать клапаны в количестве до 1-го мотор-комплекта;

обеспечивать продолжительность цикла «проектирование – изготовление» - в течении одной недели

обеспечивать высокий уровень качества клапанов.

Новые потребительские свойства продукции

Применение клапанов из сплавов на основе интерметаллидов показало, что:
- в среднем на 25% уменьшается необходимая сила сжатия пружин и инерционной силы;
- уменьшается усилие на коромысло или рокер на 25% и усилие на стержень клапана на 45%;
- моменты на распределительном вале уменьшаются на 30%;
- трение в головке цилиндров снижается на 20-30%;
- позволяет обеспечить длительный срок эксплуатации коромысел (рокеров) и распределительных валов.
Применение клапанов из материалов с низкой плотностью не вызывает детонационного горения топлива и не оказывает влияния на эмиссию НС. Клапаны с уменьшенной массой показали снижение корпусного шума в диапазоне частот от 500 до 4000 Гц; кроме того, имеются преимущества в отношении вибрационных характеристик силового агрегата. При сохранении уровня нагруженности в клапанном механизме представляется возможность более резко открывать и закрывать клапаны, тем самым увеличивать время-сечение (наполнение) и, соответственно, мощность двигателя.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Используемые сырье и материалы должны соответствовать международным стандартам качества.

Стадия и уровень разработки

Стендовыми испытаниями двигателей зарегистрировано улучшение следующих параметров:
снижение механических потерь на 6%;
снижение расхода топлива от 3% до 7%;
повышение Ne и Мкр от 5% до 12%;
снижение шума (в 0,5 м от поверхности двигателя) на 3,5-5,8 дБА;
достигнуто снижение массы деталей на 25-65%.
Наличие технической возможности освоения проекта на существующих предприятиях.

Предлагаемые инвестиции

15 млн. руб.
Объем инвестиций составляет 15000 тыс. рублей сроком на 2 года.

Рынки сбыта

Российская Федерация, страны СНГ.

Возможность и эффективность импортозамещения

Нет

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

25.10.2006