- •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
Контрольные вопросы:
Какими способами может быть увеличена ?
Как уменьшается при переходе с 4-х на 2-х тактный рабочий цикл?
В чем физический смысл удельного эффективного расхода топлива?
Каковы основные пути снижения токсичности ПС?
Какие основные неисправности дизеля приводят к росту токсичности ПС?
Как изменяется содержание СО, СН в отработавших газах с ростом пробега автомобиля?
Лекция 10 Силовые и термические нагрузки на детали двигателя. Введение
Для обеспечения достаточной долговечности и надежности работы деталей необходимо, чтобы абсолютные значения их температур не превосходили допустимых величин, а распределение температуры по телу детали не вызывало возникновения больших температурных напряжений и нарушения геометрии сопрягаемых поверхностей.
Тепловое состояние деталей влияет на прочностные характеристики материалов, из которых они изготовлены на интенсивность отложений на деталях, на условия их смазки, трения, износа, а также не напряжения в деталях.
Температура деталей влияет на рабочую температуру смазочного масла,' а следовательно, на его вязкость, толщину слоя смазки, разделяющего детали трущейся пары, характер трения. Последний вместе с износными характеристиками материалов,
которые также зависят от температурного состояния деталей, определяет темп износа.
Амплитуда изменения напряжений от сил давления газов меньше, чем амплитуда термических напряжений, но частота изменения напряжений от сил давления газов существенно выше. Поэтому и они могут играть существенную роль в усталостном |] разрушении детали. Для ряда деталей определяющую роль играют термические напряжения, и при критическом их уровне деталь выдерживает недостаточное количество тепловых ударов, что ограничивает срок ее службы.
В последние годы предпринимаются попытки обеспечения надежной работы двигателей с пониженным отводом теплоты при существенно более высокой температуре поверхности гильзы цилиндра и использовании специальных смазочных материалов.
Методы управления тепловое напряженность к естественно связаны с факторами,
ее определяющими. Конструкциям деталей, применяемым материалам и условиям охлаждения соответствуют конкретные допустимые уровни тепловых нагрузок.
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. Силы и моменты нагружающие детали кшм
При работе двигателя на кривошипно-шатунный механизм действуют силы давления газов и силы инерции. Силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма, движущихся с переменными по величине и направлению скоростями, возникают на всех режимах работы двигателя и для некоторых деталей этого механизма являются основными расчетными силами. Последнее связано с тем, что в высокооборотных двигателях силы инерции значительно превосходят силы газов и поэтому являются основными при расчете деталей на выносливость (усталостную прочность).
В зависимости от характера движения силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма делятся на: 1) силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно; 2) силы инерции вращающихся масс; 3) силы инерции масс, совершающих сложное движение.
Шатун совершает сложное поступательно-качательное движение в плоскости, перпендикулярной к оси коленчатого вала. В целях упрощения динамических расчетов кривошипно-шатунного механизма принимают приближенный способ определения сил инерции шатуна, заменяя на основании законов механики движение фактической массы шатуна движением трех или двух условных масс.
При приведении массы шатуна к трем массам одну из них — массу т1 (рисунок ,
а — сосредотачивают на оси верхней головки шатуна, другую — т2 — на оси нижней головки шатуна, а третью — тъ — в центре тяжести шатуна.
Для обеспечения динамического подобия шатуна с трехмассовой системой необходимо соблюдение следующих условий:
1) сумма всех масс должна быть равна массе шатуна тш;
2) общий центр тяжести трех масс должен совпадать с центром тяжести шатуна;
3) сумма моментов инерции всех масс относительно оси, проходящей через центр тяжести шатуна, должна быть равна моменту инерции шатуна Jш относительно той же оси;
4) массы должны располагаться на одной прямой, проходящей через центр тяжести шатуна.
Согласно статистическим данным для автомобильных двигателей можно рекомендовать
Рис.52.- Приведение масс: а- шатуна; б – кривошипа
К вращающимся массам кривошипно-шатунного — механизма относятся масса неуравновешенных частей кривошипа тк, и часть массы шатуна т2.
Массу неуравновешенных частей кривошипа приводят к оси шатунной шейки. При этом центробежная сила приведенной массы тк должна быть равна сумме центробежных сил всех неуравновешенных частей кривошипа при условии постоянства угловой скорости вращения со.
Масса частей кривошипно-шатунного механизма, движущихся возвратно-поступательно,
где тп — масса комплектного поршня, включающая массы собственно поршня, поршневых колец, поршневого пальца и заглушек или стопорных колец;
т2 — часть массы шатуна, отнесенная к оси поршневого пальца.
Массу т полагают сосредоточенной в центре пальца поршня.
Сила инерции Pw масс, движущихся возвратно-поступательно, действует по оси
цилиндра и считается положительной, если она направлена к оси коленчатого вала, и отрицательной, если она направлена от нее.
Для центрального кривошипно-шатунного механизма сила инерции
или
где Pwl — сила инерции первого порядка; период изменения этой силы — один оборот коленчатого вала ; ;
Pwll - сила инерции второго порядка; период изменения этой силы — полоборота коленчатого вала; ;
Рис.53. - График сил, действующих в кривошипно-шатунных механизме
На рисунке , б построены диаграммы сил Pw], PW]I и Pw в зависимости от угла поворота коленчатого вала ср для одного цикла четырехтактного двигателя.
Сила инерции вращающихся масс действует по радиусу кривошипа и определяется по формуле
PR =-mRRco2 -const.
Закон изменения давления газов на поршень по его ходу или углу поворота коленчатого вала обычно задается индикаторной диаграммой. Последнюю строят по данным теплового расчета двигателя или получают экспериментально.
На рисунок , а приведена индикаторная диаграмма, а на рисунок , б показана ее развертка по углу поворота коленчатого вала.
Вертикальная слагающая силы избыточного давления на поршень, откладываемая по оси ординат развернутой диаграммы, определяется по формуле
где рг — давление газов в цилиндре по индикаторной диаграмме;
ро — давление в картере двигателя;
Fn — площадь поршня.
Сила Рг считается положительной, если она направлена к оси коленчатого вала.
Суммарная сила, действующая по оси цилиндра, складывается из силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно,
На рисунке 52 , б и в приведены графики сил Pw, Рг и Р2 в зависимости от угла поворота коленчатого вала .
Разложим силу на две составляющие
Сила - направлена по нормали к стенке цилиндра и прижимает к ней поршень.
Сила действует вдоль оси шатуна.
Сила положительна, если она направлена в сторону, противоположную направлению вращения, и отрицательна, если она направлена в сторону вращения. Сила положительна, когда она сжимает шатун, и отрицательна, когда растягивает его.
Перенесем силу вдоль линии действия в точку А на оси шатунной шейки и разложим на силу , действующую по касательной к оси кривошипа (тангенциальная сила),
и силу , действующую по оси кривошипа (нормальная сила),
Сила положительна, если она направлена в сторону вращения кривошипа, при противоположном направлении сила отрицательна. Сила положительна, если она направлена к оси коленчатого вала (сжимает щеку), и отрицательна, если она действует от оси коленчатого вала (растягивает щеку).
Для построения графиков указанных сил по углу поворота коленчатого вала значения тригонометрических функции
; ; ;
табличных данных в зависимости от .
На рисунке 53; г, д и е приведены зависимости сил , и в зависимости от угла поворота коленчатого вала .
Примечание: Чтобы избежать вычислений с большими числами в расчет вводят удельные нагрузки, т. е. силы делят на площадь поршня:
; ; и т.д.
При работе рядного двигателя крутящий момент, действующий на первую от переднего конца коленчатого вала шатунную шейку,
, где — суммарная тангенциальная сила, определяемая по формуле ;
— радиус кривошипа.
Для V-образного двигателя сила равна сумме тангенциальных сил,
действующих на рассматриваемую шатунную шейку коленчатого вала как от правого, так и от левого цилиндров. Крутящий момент, передаваемый через любую коренную шейку коленчатого вала,
где — сумма крутящих моментов, действующих на всех предыдущих коленах
вала, начиная от его переднего конца.
Крутящий момент, передающийся через колено вала, равен сумме двух моментов. Один из них, создаваемый тангенциальной силой, действующей на данное колено, зависит только от угла поворота коленчатого вала. Другой, представляющий собой суммарный крутящий момент от сил, действующих в цилиндрах, расположенных до рассматриваемого колена со стороны переднего конца вала, зависит, кроме того, от числа цилиндров и порядка работы двигателя.
Большое влияние на динамику двигателя в целом оказывает его порядок работы, от которого зависят фазы сил и моментов, действующих в отдельных цилиндрах. При выборе порядка работы двигателя стремятся обеспечить: 1) чередование вспышек через равные промежутки времени, что обусловливает более равномерную работу двигателя; 2) равномерное распределение смеси (воздуха) по цилиндрам; 3) возможно лучшее уравновешивание двигателя, что уменьшает его вибрации; 4) расположение последовательно работающих цилиндров возможно дальше один от другого, что необходимо для уменьшения нагрузок на подшипники коленчатого вала; 5) возможно меньшую амплитуду крутильных колебаний коленчатого вала, чтобы снизить дополнительные (знакопеременные) напряжения кручения в его элементах..
Для получения наибольшей равномерности крутящего момента на коленчатом валу двигателя необходимо, чтобы одноименные процессы в цилиндрах происходили через одинаковые углы поворота коленчатого вала. Для двигателя, имеющего i цилиндров, одноименные процессы в цилиндрах при четырехтактном цикле должны следовать через угла поворота коленчатого вала, а при двухтактном цикле – через