- •Міністерство освіти і науки україни
- •1.2 Коротка історія розвитку двз, основні її етапи
- •1.3 Області застосування двз
- •1.4 Класифікація двз
- •1.5 Порівняння чотиритактних двигунів із двотактними
- •Малюнок 1.1 – Варіанти компонування поршневих двз тема 2 дійсні цикли двз Малюнок 2.1 – Ідеальні цикли Отто, Дизеля і Трінклера
- •2.1 Методи розрахунку дійсних циклів
- •Малюнок 2.2 – Дійсні цикли чотиритактних і двотактних двз
- •2.2 Основні відомості про робочі циклиДвз Робочий цикл карбюраторного чотиритактного двигуна
- •Цикл чотиритактного дизеля
- •Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна
- •Цикл двотактного дизеля
- •Тема 3 робочі тіла, паливо і його горіння
- •3.1 Хімічні реакції при згорянні палива
- •Малюнок 3.1 – Коефіцієнт молекулярної зміни суміші для карбюраторних і дизельних двигунів
- •3.2 Теплота згоряння палива
- •Тема 4 процеси газообміну. Впуск. Процес стиску
- •4.1 Процес впуску
- •Малюнок 4.1
- •4.2 Процес стиску
- •Тема 5 процеси згоряння в двз з примусовим запаленням. Порушення процесу згоряння
- •5.1 Процеси згоряння в двз із примусовим запаленням
- •Малюнок 5.1 – Процес згоряння в карбюраторному двигуні
- •5.2 Порушення процесу згоряння в карбюраторних двигунах Детонація
- •Передчасне запалення
- •Наступне калільне запалення
- •Запалення від стиску при виключеному запалюванні
- •Тема 6 процеси сумішоутворення в дизелях. Запалення і згоряння палива
- •6.1 Утворення пальних сумішей
- •6.2 Процеси сумішоутворення в дизелі
- •Типи сумішоутворення
- •Сумішоутворення в розділених камерах згоряння
- •6.3 Процес згоряння Швидкість згоряння
- •Аналіз процесів згоряння в дизелі
- •Малюнок 6.1 – Індикаторна діаграма в координатахp-
- •Тема 7 термодинамічні співвідношення в процесі згоряння Процес згоряння
- •Тема 8 процеси розширення і випуску. Індикаторні показники циклу
- •8.1 Процес розширення
- •8.2 Процес випуску
- •Малюнок 8.1 – Діаграма процесу випуску
- •8.3 Індикаторні параметри робочого циклу
- •Малюнок 8.2 – Індикаторна діаграма двз
- •Тема 9 механічні втрати в двигуні. Ефективні показники двз
- •9.1 Механічні втрати в двигуні
- •9.2 Ефективні показники двигуна
- •9.3 Показники напруженості і межі форсування двигунів
- •9.4 Способи форсування двигунів за питомою потужністю
- •Здійснення двотактного циклу
- •Збільшення ступеня стиску
- •Зменшення коефіцієнта надлишку повітря
- •Підвищення частоти обертання
- •Перехід на безпосереднє вприскування в карбюраторних двигунах
- •Використання газодінамічних явищ у впускній і у випускній системах двигуна.
- •Збільшення тиску заряду (наддув)
- •Межі форсування потужності при збільшенні тиску свіжого заряду
- •Тема 10 тепловий баланс двигуна і теплонапруженість його деталей
- •10.1 Тепловий баланс двигуна
- •Малюнок 10.1 - Схема теплового балансу двигуна
- •Малюнок 10.2 Малюнок 10.3
- •10.2 Теплонапруженість деталей
- •Тема 11 системи наддуву автомобільних двз
- •11.1 Системи наддуву двз
- •Малюнок 11.1 – Схеми систем наддуву двз
- •11.2 Охолоджувачі повітря
- •Тема 12 паливні системи двигунів із примусовим запалюванням
- •12.1 Паливна система карбюраторного двигуна
- •12.2 Будова найпростішого карбюратора
- •Малюнок 12.1 - Будова елементарного карбюратора Малюнок 12.2 - Характеристика ідеального карбюратора
- •Малюнок 12.3 - Карбюратор з розрідженням у жиклера
- •12.3 Система з компенсаційним жиклером
- •12.4 Система з регулюванням розрідження в дифузорі
- •12.5 Система з регульованим перетином жиклера
- •12.6 Допоміжні пристрої карбюратора
- •12.7 Паливна система двигунів з вприскуванням палива
- •Малюнок 12.4 – Схеми упорскування палива безпосередньо в циліндр чи у впускний трубопровід двигуна
- •Малюнок 12.5 - Схема паливної системи з електронним керуванням вприскування палива двигуна автомобіля ваз-2112
- •12.8 Паливні системи газових двигунів
- •Тема 13 паливні системи дизельних двигунів
- •13.1 Системи живлення дизельних двигунів
- •13.2 Будова і принцип дії паливних насосів високого тиску золотникового типу
- •13.3 Розрахунок паливного насоса високого тиску
- •Діаметр плунжера
- •Хід плунжера
- •13.4 Будова і принцип дії форсунок дизелів
- •13.5 Насоси-форсунки
- •13.6 Тертя і зношування прецизійних сполучень
- •13.7 Акумуляторні паливні системи
- •Тема 14 характеристики двигунів внутрішнього згоряння
- •14.1 Види характеристик
- •Малюнок 14.1
- •14.2 Швидкісні характеристики
- •Малюнок 14.2
- •14.3 Навантажувальні характеристики
- •Малюнок 14.3
- •Малюнок 14.4
- •14.4 Регулювальні характеристики
- •Малюнок 14.5
- •Малюнок 14.6 Малюнок 14.7
- •14.5 Основні шляхи поліпшення характеристик транспортних двигунів
- •Тема 15 параметри шуму двз. Токсичність автомобільних двигунів
- •15.1 Глушіння шуму
- •Малюнок 15.1 – Схеми активних глушителів
- •Малюнок 15.2 – Схеми реактивних глушителів
- •15.2 Основні шкідливі речовини, що виділяються при роботі двз
- •Склад відпрацьованих газів двигуна
- •15.3 Нейтралізація випускних газів
- •Список використаної літератури
Тема 10 тепловий баланс двигуна і теплонапруженість його деталей
10.1 Тепловий баланс двигуна
Розподіл теплоти, що виділяється при згорянні палива, на окремі складові (корисно використовувану теплоту і різні види теплових втрат) називається зовнішнім тепловим балансом.
Тепловий баланс двигуна визначається експериментально. Значення окремих складових теплового балансу характеризують досконалість використання тепла, дозволяють вибрати і розрахувати систему охолодження, з'ясувати можливість використання теплоти випускних газів і намітити шляхи поліпшення показників роботи двигуна.
Тепловий баланс можна скласти для різних режимів роботи двигуна. У більшості випадків тепловий баланс складають у відносних величинах (у частках чи відсотках), тобто відносять його складові до кількості підводимої теплоти.
Рівняння теплового балансу ДВЗ має наступний вид:
Q=Qe+Qв+Qг+Qм+Qост,
де Q - теплота згоряння витраченого палива;
Qe - теплота, еквівалентна ефективній роботі двигуна;
Qв - теплота, що відводиться від двигуна охолодним середовищем (рідиною чи повітрям);
Qг - теплота, що відводиться випускними газами;
Qм – теплота, що відводиться маслом (оливою);
Qост – член, що враховує втрати теплоти в результаті променистого і конвективного теплообміну нагрітих частин двигуна з навколишнім середовищем.
Виражаючи тепловий баланс у відсотках його рівняння представиться в наступному вигляді:
qe+qв+qг+qм+qост = 100%.
У даному випадку кожен доданок у лівій частині рівняння являє собою кількість теплоти у відсотках стосовно всієї уведеної теплоти Q. Уведену теплоту Q практично визначають за нижчою теплотою згоряння палива. Теплота, що еквівалентна ефективній роботі двигуна за 1 с, дорівнює його ефективної потужності.
Відношення ефективної теплоти до загальної уведеної визначає частку корисно використаної теплоти в двигуні і чисельно дорівнює ефективному ККД е.
Теплота, яка сприймається від робочого тіла внутрішніми поверхнями циліндра, виділяється в навколишнє середовище за допомогою газоподібної чи рідкої речовини - охолоджувача.
З усієї кількості теплоти, що віддається охолоджувачу, найбільша частина (до 65%) сприймається стінками циліндра під час процесів згоряння і розширення, а інша - протягом випуску. Теплообмін під час стиску незначний. Тепловіддача від газів у стінки росте зі збільшенням тиску наддуву і зменшується при підвищенні ступеня охолодження повітря після компресора. Таким чином, теплота, що відводиться від двигуна охолоджувачем, включає:
а) теплоту, яка передана від газів стінкам циліндра під час стиску, згоряння, розширення і випуску;
б) теплоту, яка еквівалентна роботі тертя поршня в циліндрі;
в) теплоту, що відводиться від газів після випуску з циліндра у випускному каналі голівки й у випускному патрубку.
Кількість теплоти, що відводиться охолодним середовищем, визначають, вимірюючи кількість охолоджувача, що проходить за одиницю часу через систему охолодження двигуна, і температуру охолоджувача при вході в систему і виході з неї:
Qв = Gв(t2 – t1)с,
де Gв - витрата охолоджувача через систему в кг/год;
t2, t1 - температури охолоджувача відповідно на виході з системи охолодження і вході в неї;
с - теплоємність охолоджувача в кДж/(кгград).
Кількість теплоти, що відводиться маслом, визначають, вимірюючи кількість масла, що проходить за одиницю часу через систему охолодження масла, і температуру масла при вході в систему і виході з неї:
Qм = Gм(t2м – t1м)см,
де Gм - витрата масла через систему в кг/год;
t2м, t1м - температури масла відповідно при виході з системи охолодження масла і вході в неї;
см - теплоємність масла в кДж/(кгград).
При наявності у випускних газах продуктів неповного згоряння додатково губиться теплота, що не виділилася внаслідок неповноти згоряння палива.
Випускні гази, що виходять із двигуна, мають порівняно високу температуру і несуть значну кількість теплоти Qг. Цю теплоту приблизно визначають як різницю їхньої ентальпії за випускним трубопроводом і ентальпії повітря, що надходить у двигун, тому у величину теплоти, яка мається в розпорядженні, не включають ентальпію повітря. Температуру випускних газів у двигунах без наддуву вимірюють безпосередньо після випускного трубопроводу двигуна, а в комбінованих двигунах - у випускному патрубку газової турбіни.
Залишковий член теплового балансу, який визначається як різниця між підведеною теплотою і сумою визначених складових теплового балансу,
Qост = Q - (Qe+Qв+Qг+Qм).
Залишковий член теплового балансу включає:
1) теплоту, що відповідає роботі тертя, за винятком теплоти, яка віддана охолоджувачу через стінки циліндра чи віднесена оливою і врахована членом балансу QВ; ця теплота відводиться в навколишнє середовище внаслідок конвекції і теплопровідності від зовнішніх поверхонь двигуна;
2) теплоту, що відповідає кінетичній енергії випускних газів;
3) теплоту, що втрачається внаслідок випромінювання зовнішніми поверхнями двигуна і його агрегатів;
4) невраховані втрати теплоти.
У таблиці 10.1 приведені середні значення окремих складових зовнішнього теплового балансу, віднесених до теплоти, яка введена з паливом при роботі двигуна на номінальному режимі.
Таблиця 10.1 – Зовнішній тепловий баланс двигунів різних типів у %
Тип двигунів |
qe |
qв |
qэ |
qн/сгор |
qм |
qост |
Карбюраторні поршневі |
22-29 29-42
35-45 40-48 |
20-35 20-35
10-25 10-18 |
30-55 25-40
25-45 20-40 |
0-45 0-5
0-5 0-7 |
3-8 2-4
3-7 4-8 |
3-8 2-7
2-7 2-5 |
Дизелі без наддуву Комбіновані: с помірним наддувом с високим наддувом |
Як видно з таблиці 10.1, 70-55% теплоти, яка введена в двигун, складають теплові втрати – в основному, фізична теплота випускних газів і теплота, що відноситься охолоджувачем. Ступінь використання палива збільшується при утилізації теплових утрат (для автотранспортних засобів це система опалення салону, кабіни, обігріву кузова і т.д.). У комбінованих двигунах частка теплоти, що відводиться охолоджувачем, зменшується до 10-18% і зростає кількість теплоти, яка еквівалентна ефективній роботі двигуна. У карбюраторних двигунах теплота, що відводиться з випускними газами через неповноту згоряння, може досягати 45% (див. таблицю 10.1). Таке недогоряння можливе при роботі двигуна зі зменшеним коефіцієнтом надлишку повітря.
Схема внутрішнього теплового балансу ДВЗ приведена на малюнку 10.1, з якого видно, як формуються складові зовнішнього теплового балансу.