- •Введение к электронному курсу.
- •1. Определение и краткая характеристика основных механизмов и систем s / двс (кшм, грм, системы топлива подачи, смазки, охлаждения)
- •2. Основные термины: диаметр цилиндра; ход поршня; радиус кривошипа; у объем камеры сгорания; полный и рабочий объем; литраж двигателя; степень сжатия; рабочая смесь; такт; четырех- и двухтактный цикл
- •3.Классификационные признаки автомобильных поршневых двигателей.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 2 Компоновочные схемы поршневых двс (пд). Введение
- •1.Общие требования, предъявляемые к пд при выборе компоновки.
- •2. Рядные, V-образные, w-образные, X-образные, звездообразные компоновочные системы: краткая характеристика, преимущества, недостатки, применение
- •3. Особенности компоновки автотракторных поршневых двигателей (пд).
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 3 Конструкция и расчет деталей и систем Введение
- •1.Общие сведения о качествах конструкций
- •2. Нагруженность деталей двигателя и расчетные режимы
- •3. Циклическая прочности
- •4. Жесткость конструкции
- •5. Удельное давление и износ деталей
- •6. Оценка напряженного состояния деталей д. В. С. И прогнозирование запасов прочности.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 4. Термодинамические циклы поршневых двс Введение
- •1.Общие положения
- •2.Цикл со смешенным подводом теплоты
- •3.Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме
- •4.Сравнение термодинамических циклов: а) при одинаковых s и q; б) при одинаковых максимальных Ттр7 и одинаковых минимальных Тара
- •5. Термодинамические циклы пд с наддувом
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 5 Действительные циклы и их индикаторные диаграммы. Введение
- •1.Условия реализации термодинамических циклов в двс
- •2. Действительные циклы пд и их основные отличия от теоретических
- •3.Индикаторные диаграммы четырех- и двухтактного цикла
- •Лекция 6 Процессы действительных циклов и их характеристика. Введение
- •1. Процесс наполнения и его параметры.
- •2. Процесс сжатия и его параметры.
- •3. Процесс сгорания в двигателе с принудительным воспламенением и факторы его определяюшие.
- •4. Фазы процесса сгорания в двигателях с самовоспламенения и факторы его определяющие.
- •5. Виды нарушений процесса сгорания и факторы их определяющие.
- •6. Процесс расширения и его параметры.
- •7. Процесс выпуска и его параметры.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 7 Эффективные и оценочные показатели двигателя. Введение
- •Показатели, характеризующие степень совершенства преобразования энергии топлива в индикаторную работу.
- •2. Механические потери и их показатели.
- •3.Эффективные показатели и их взаимосвязь с индикаторами.
- •4. Влияние различных факторов на эффективные показатели.
- •5. Показатели напряженности конструкции, степени форсирования, массогабарттные.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 8
- •Введение
- •1. Скоростные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.
- •2. Нагрузочные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.
- •3.Регулировочные характеристики: определение, цель и условия получения, анализ.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 9. Мощностные, экономические и экологические показатели работы двигателей, причины их изменения. Введение
- •1. Мощностные показатели: влияние различных факторов и способы повышения индикаторной, эффективной и литровой мощности.
- •2. Экономические параметры: влияния различных факторов и способы снижения удельного индикаторного и эффективного расходов топлива.
- •3.Экологические показатели: влияние состава смеси, нагузки, скоросного и температурного режимов, технического состояния.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 10 Силовые и термические нагрузки на детали двигателя. Введение
- •1. Силы и моменты нагружающие детали кшм
- •2.Температурные напряжения и деформации
- •3. Температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы
- •1. Силы и моменты нагружающие детали кшм
- •2.Температурные напряжения и деформации
- •3. Температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы
- •4. Тепловые нагрузки на детали двигателя и их тепловая напряженность
- •1. Общие предпосылки к выбору типа двигателя и его компоновки
- •2.Выбор отношения хода поршня к диаметру цилиндра и радиуса кривошипа к длине шатуна.
- •3 Предпосылки к выбору двигателя с учетом эксплуатационно-технических показателей мощности, типа системы охлаждения
- •Контрольные вопросы:
- •Чем ограничивается максимальное значение в пд с искровым зажиганием?
- •Чем ограничивается максимальное значение в пд с самовоспламенением?
- •В чем состоят преимущества и недостатки пд с разными отношениями ?
- •Лекция 12.
- •Введение
- •1.Основные показатели и условия эксплуатации поршневых двигателей.
- •2. Эксплуатационные требования к двигателю.
- •3.Требования к системам охлаждения ,смазки, топливоподачи.
- •Контрольные вопросы:
- •Лекция 13 Модернизация двс для применения альтернативных видов топлива.
- •1. Возможные заменители нефтяных топлив на автомобильном транспорте.
- •Эффективность мероприятий по переводу двс на газовое топливо.
- •Применение генераторов конверсии.
- •Использование синтетических топлив в двс.
- •Особенности применение в двигателе.
- •Работа двигателя на водородном топливе.
- •Контрольные вопросы:
- •Список литературы
Лекция 6 Процессы действительных циклов и их характеристика. Введение
В действительном рабочем цикле необходимо осуществлять следующие процессы наполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом); сжатие, что повышает ее внутреннюю энергию и создает благоприятные термодинамические условия протекания последующих процессов; сгорание с выделением тепла; расширение продуктов сгорания, когда тепловая энергия преобразуется в работу; выпуск отработавших .газов, при котором оставшееся тепло удаляется в окружающую среду и цилиндр подготавливается для совершения очередного цикла. Следовательно, в действительном цикле, кроме основных термодинамических процессов — сжатия, подвода тепла (сгорания) и расширения, должны осуществляться вспомогательные процессы газообмена — наполнение и выпуск.
Мощностные и экономические показатели работы двигателей в значительной мере зависят от организации и характера протекания рабочих циклов в целом и отдельных процессов цикла в частности
1. Процессы наполнения и его параметры.
2. Процесс сжатия и его параметры.
3. Процесс сгорания в двигателе с принудительным воспламенением и факторы его определяющие.
4. Процесс сгорания в двигателе с самовоспламенением и факторы его определяющие.
5. Виды нарушений процесса сгорания и факторы его определяющие.
6. Процесс расширения и его параметры.
7. Процесс выпуска и его параметры.
1. Процесс наполнения и его параметры.
В процессе наполнения цилиндры двигателя заполняются горючей смесью (или только воздухом - в дизелях).
Наполнение цилиндра свежим зарядом является хотя и вспомогательным, но очень важным процессом. Чем больше масса свежего заряда, тем больше и мощность двигателя. Наполнение четырехтактного двигателя включает три периода: предварение впуска, основной впуск и запаздывание впуска (дозарядка).
Рис.21.Диаграмма процесса наполнения четырехтактного двигателя.
Предварение впуска начинается с момента открытия впускного клапана (точка 1), т.е. с опережением на угол 10—30° поворота коленчатого вала до прихода поршня в в. м. т. и заканчивается в в. м. т.
В этот период впускной клапан только начинает подниматься, образуя узкую щель, сопротивление которой достаточно, чтобы через нее не мог вытечь из цилиндра значительный объем остаточных газов от предыдущего цикла. Этот период впуска предусматривается в двигателе для того, чтобы подготовить быстрый подъем клапана, а значит, и быстрое увеличение проходного сечения к моменту начала опускания поршня после в. м. т.
Основной впуск осуществляется в период движения поршня от в. м. т. до н. м. т. такта наполнения. В этот период в цилиндр поступает 85—90 % свежего заряда.
Запаздывание впуска начинается с момента прохождения поршнем н. м. т. и оканчивается в момент закрытия впускного клапана (точка 2), т. е. при п. к. в. на 40—80° после н. м. т. Свежий заряд в этот период продолжает поступать в цилиндр либо за счет имеющегося в нем разрежения (до точки 1), либо за счет созданного в основной период скоростного напора во впускном тракте, т. е. за счет собственной инерции (участок ). При малой частоте вращения коленчатого вала двигателя (например, при пуске) инерция движения свежего заряда во впускном тракте незначительна, поэтому в период запаздывания впуска может произойти обратный выброс свежего заряда из цилиндра. Таким образом, при разной частоте вращения коленчатого вала в период запаздывания впуска имеет место либо только дозарядка цилиндра, либо дозарядка, переходящая на участке f — 2 в обратный выброс.
Количество свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя в процессе наполнения, зависит от ряда факторов, основными из которых являются: аэродинамическое сопротивление систем впуска и выпуска; недогрев свежего заряда в период наполнения; количество остаточных газов от предыдущего цикла и др.
Разрежение в цилиндре двигателя, вызванное сопротивлением впускной системы, , откуда , где - давление во впускном такте; - давление в цилиндре в конце наполнения.
Поскольку масса поступившего в цилиндр свежего заряда пропорциональна его плотности, необходимо стремиться к увеличению , для чего применяют наддув двигателя. Другим путем увеличения давления впуска является уменьшение сопротивления во впускной системе, т. е. уменьшение . Это достигается как конструктивными приемами (уменьшением длины всасывающего тракта и количества его изгибов, увеличением площади проходного сечения впускного клапана, уменьшением шероховатости поверхности впускной системы, выбором эффективных фаз газораспределения), так и эксплуатационными (своевременной очисткой воздушных фильтров и карбюратора от загрязнений, впускных клапанов от нагара, поддержанием правильного зазора в приводе впускного клапана и пр.).
Температура в процессе наполнения.
Температура смеси в процессе наполнения непрерывно повышается, являясь функцией количества теплоты, внесенной в цилиндр вместе со свежим зарядом, количества теплоты, полученной свежим зарядом в процессе наполнения от нагретых поверхностей цилиндра и камеры сгорания, и количества теплоты в остаточных газах.
Подогрев свежего заряда от температуры до зависит от нагрузки, частоты вращения коленчатого вала и условий охлаждения. Так, увеличение нагрузки повышает температуру поверхностей поршня и цилиндра, увеличивая приток тепла к свежему заряду, а повышение частоты вращения уменьшает его вследствие сокращения времени контакта с нагретыми поверхностями.
Одновременно свежий заряд с температурой воспринимает часть теплоты отработавших газов, имеющих более высокую температуру. Подогрев при смешении свежего заряда с отработавшими газами зависит от их температуры и количества, характеризуемого безразмерным коэффициентом остаточных газов .
Очевидно, что растет с повышением давления остаточных газов и с увеличением объема камеры сжатия, т. е. с уменьшением .
Обычно в четырехтактных карбюраторных двигателях ; в четырехтактных дизелях - ; в двухтактных карбюраторных двигателях с поперечно-щелевой кривошипно-камерной продувкой - ; в двухтактных дизелях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой - .
Температура рабочей смеси в конце процесса наполнения для карбюраторных двигателей составляет К; для четырехтактных дизелей - К; для двухтактных двигателей - К. [2]
Коэффициент наполнения.
Совершенство процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения, представляющим отношение действительной массы поступившего в цилиндр свежего заряда к теоретически возможной:
.
Коэффициент наполнения увеличивается с повышением и уменьшением , , , , причем основное влияние на него оказывает давление в конце впуска . Так, изменение на 10 % приводит к изменению на 15%, а изменение на 10% - только на 1-2%. Поэтому при эксплуатации двигателя следует стремиться, чтобы было по возможности меньшим.
В карбюраторных двигателях, где изменение нагрузки (при скоростном постоянном режиме) достигается изменением положения дроссельной заслонки, коэффициент наполнения наибольший, когда дроссельная заслонка полностью открыта. Прикрытие дросселя увеличивает сопротивление, а следовательно, уменьшает и .
Рост понижает коэффициент наполнения вследствие уменьшения плотности свежего заряда.
Для более быстрого пуска дизеля при низкой температуре окружающей среды иногда специально подогревают воздух на впуске. При этом повышается температура заряда к концу процесса сжатия, что необходимо для самовоспламенения топлива.
В некоторых конструкциях карбюраторных двигателей предусматривается дополнительный подогрев горючей смеси во впускном трубопроводе. Это необходимо потому, что в карбюраторных двигателях в отличие от дизелей во впускном тракте происходит испарение топлива, т. е. подготовка его к сгоранию, и на это расходуется некоторая часть теплоты. Однако чрезмерный подогрев свежего заряда на впуске приводит к неоправданному повышению и снижению коэффициента наполнения.
Кроме рассмотренных выше параметров, на влияют: частота вращения коленчатого вала двигателя, фазы газораспределения и др. Так, если частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, то сначала повышается, а затем снижается. Это вызвано влиянием ряда факторов, связанных с изменением частоты вращения: длительности теплообмена между свежим зарядом и нагретыми стенками, повышения температуры стенок, изменения сопротивления во впускном и выпускном трактах и др.
Периодическое открытие и закрытие клапанов вызывает колебательное движение газов во впускной системе, что значительно повышает сопротивление их движению и, следовательно, изменяет . Влияние этого фактора может быть значительно уменьшено подбором оптимальной длины трубопроводов и фаз газораспределения.
Коэффициент наполнения в существующих автотракторных двигателях при номинальном режиме работы составляет: для карбюраторных двигателей с верхним расположением клапанов - 0,75-0,85, для карбюраторных двигателей с нижним расположением клапанов - 0,7-0,75, для дизелей - 0,75-0,9.