I. Контрольные вопросы
по дисциплине «Теория рабочих процессов ДВС»
1. Какими основными показателями характеризуются эффективность идеального термодинамического и действительного циклов ДВС?
* Эффективность этих циклов характеризуется термическим и индикаторным КПД соответственно, а также средним давлением цикла и средним индикаторным давлением.
2. Дайте определение степени сжатия в цикле ДВС.
* Отношение максимального объема рабочей камеры к минимальному.
3. Каков характер зависимости показателей эффективности идеальных и действительного циклов ДВС от степени сжатия?
* С увеличением степени сжатия КПД и среднее давление идеального и, в большинстве случаев, действительного циклов ДВС растут.
4. Как зависит термический КПД термодинамического цикла ДВС от способа подвода тепла?
* При одинаковой степени сжатия максимальный термический КПД цикла ДВС достигается при подводе тепла при постоянном объеме, минимальный – при постоянном давлении, при смешанном подводе тепла КПД тем выше, чем большая часть тепла подводится при постоянном объеме.
5. Какие способы математического моделирования цикла ДВС в основном используются в настоящее время?
* а) Описание процессов сжатия и расширения с помощью политроп, а сгорания и смены рабочего тела соответствующими изобарами и изохорой;
б) описание процессов, протекающих в рабочей камере и ГВТ системой дифференциальных уравнений с последующим их численным интегрированием.
6. Дайте определение стехиометрического соотношения топлива.
* Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сжигания единицы топлива.
7. Дайте определение коэффициента избытка воздуха горючей смеси.
* Отношение действительного количества воздуха, приходящегося на единицу топлива в горючей смеси, к стехиометрическому соотношению.
8. Дайте определение химической неполноты сгорания.
* Потери низшей теплоты сгорания топлива вследствие применения богатой горючей смеси.
9. Каковы основные соображения, принимаемые во внимание при выборе степени сжатия ДВС?
* Для двигателя с принудительным воспламенением: КПД цикла, возможность возникновения детонации. Для двигателя с воспламенением от сжатия: КПД цикла, возможность холодного пуска двигателя.
10. Какие параметры газовой смеси оказывают наиболее сильное влияние на скорость протекания химической реакции в ней?
* Температура, давление, концентрация реагирующих веществ.
11. От каких основных параметров горючей смеси зависят пределы её воспламеняемости по составу?
* От давления, температуры, количества остаточных газов, мощности запального устройства.
12. Каково влияние остаточных газов на скорость распространение пламени в однородной горючей смеси?
* С увеличением количества остаточных газов скорость распространения пламени в однородной горючей смеси падает.
13. Каково влияние степени турбулизации горючей смеси на скорость ее выгорания?
* Турбулизация горючей смеси повышает скорость ее выгорания.
14. Дайте определение угла опережения зажигания или впрыска топлива.
* Угол поворота коленчатого вала до ВМТ с момента подачи искры или начала подачи топлива в цилиндр.
15. К нарушениям каких процессов цикла ДВС приводят калильное зажигание и детонационное сгорание?
* В первом случае происходит преждевременное воспламенение заряда и нарушается протекание всего процесса тепловыделения, во втором случае нарушается часть процесса тепловыделения после возникновения детонации.
16. Каковы основные негативные последствия детонационного сгорания в ДВС?
* Повышенные тепловые и механические нагрузки, снижение мощности двигателя, ухудшение экономичности.
17. Что характеризует калильное число свечи зажигания?
* Интенсивность охлаждения ее элементов, находящихся в камере сгорания. Чем выше калильное число, тем выше интенсивность ее охлаждения и «холоднее» свеча.
18. Каким параметром оценивается жесткость работы двигателя?
* Максимальной скоростью нарастания давления в цилиндре.
19. В чем суть послойного смесеобразования в ДВС?
* В распределении топлива по объему камеры сгорания таким образом, чтобы между электродами свечи зажигания располагалась горючая смесь с составом, обеспечивающим ее воспламеняемость электрической искрой в условиях цилиндра, а в отдаленных же от электродов зонах располагалась обедненная смесь или чистый воздух.
20. Какими компонентами выбросов ДВС обуславливается их токсичность?
* Окисью углерода, окислами азота, различными углеводородами, сажей.
21. Какими тепловыми и химическими процессами сопровождается расширение рабочего тела в ДВС?
* Теплообменом со стенками рабочей камеры, тепловыделением вследствие процессов догорания и рекомбинации диссоциированных компонентов рабочего тела.
22. Дайте определение среднего индикаторного давления.
* Условное, постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение такта расширения, совершает работу, равную индикаторной работе цикла.
*Работа цикла, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра.
23. Дайте определение индикаторной мощности.
* Количество работы, совершаемой рабочим телом в цилиндре ДВС в единицу времени.
24. Дайте определение индикаторного КПД.
* Отношение работы, совершенной рабочим телом в цилиндре ДВС, к количеству затраченной для совершения цикла теплоты.
25. Дайте определение удельного индикаторного расхода топлива.
* Количество топлива, необходимое для совершения единицы индикаторной работы.
26. Какими факторами ограничивается возможность обогащения горючей смеси в двигателях с воспламенением от сжатия?
* Содержанием свободного углерода в продуктах сгорания (дымностью).
27. Укажите причину различия индикаторных и эффективных показателей ДВС.
* Наличие механических потерь в ДВС.
28. Дайте определение эффективного КПД двигателя.
* Отношение работы, совершаемой двигателем при приводе потребителя энергии, к количеству затраченной для этого теплоты.
29. Дайте определение эффективного удельного расхода топлива ДВС.
* Количество топлива, затрачиваемого двигателем для совершения единицы эффективной работы.
30. Дайте определение скоростной характеристики предела дымления ДВС.
* Зависимость основных показателей работы ДВС от частоты вращения вала при подачах топлива на каждом скоростном режиме, соответствующих началу появления дыма в отработавших газах.
31. Дайте определение внешней (эксплуатационной внешней) скоростной характеристики ДВС.
* Зависимость основных показателей работы ДВС от скоростного режима при максимальной подаче топлива штатной топливной аппаратурой.
32. Дайте определение частичной скоростной характеристики ДВС.
* Зависимость основных показателей ДВС от скоростного режима при подаче топлива меньше максимальной.
33. Дайте определение нагрузочной характеристики ДВС.
*Зависимость основных показателей работы двигателя от нагрузки при постоянном скоростном режиме.
34. Дайте определение регуляторной ветви характеристики ДВС.
* Часть скоростной характеристики ДВС, протекание которой определяется работой регулятора частоты вращения.
35. Дайте определение понятия «двигатель с качественным регулированием».
* Двигатель, регулирование мощности которого осуществляется путем изменения состава сжигаемой в цилиндре двигателя горючей смеси.
36. Дайте определение понятия «двигатель с количественным регулированием».
* Двигатель, регулирование мощности которого осуществляются путем изменения количества подаваемой в цилиндр горючей смеси.
37. Дайте определение понятия «двигатель с внешним смесеобразованием».
* ДВС, в котором подготовка горючей смеси завершается, в основном, во впускном тракте.
38. Дайте определение понятия «двигатель с внутренним смесеобразованием».
* ДВС, в котором подготовка горючей смеси осуществляется непосредственно в рабочей камере.
39. Дайте определение коэффициента наполнения цилиндра ДВС.
* Отношение количества свежего заряда, оставшегося в рабочей камере после закрытия органов газообмена, к тому количеству, которое разместилось бы в рабочем объеме цилиндра при параметрах окружающей среды для двигателей без наддува, или при параметрах перед впускными органами для двигателей с наддувом.
40. Дайте определение коэффициента остаточных газов.
* Отношение количества остаточных газов в рабочей камере к количеству помещенного туда в результате газообмена свежего заряда.
41. Какие основные элементы должен содержать оптимальный с точки зрения наполнения цилиндров нерегулируемый газовоздушный тракт 4-х тактного ДВС?
* Индивидуальные для каждого цилиндра впускной и выпускной трубопроводы оптимальной длины и с необходимым законом изменения сечения по длине, соединяющие цилиндры с впускным и выпускным ресиверами, соответственно, впускные и выпускные клапаны цилиндров максимально возможного сечения и с оптимальными фазами открытия и закрытия.
42. Дайте определение режима принудительного холостого хода.
* Режим работы двигателя, при котором вследствие действия инерционных сил или внешнего источника энергии его вал вращается с частотой большей, чем это определяется величиной подачи топлива на режиме холостого хода.
II. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
по дисциплине «Конструирование ДВС»
1. Что такое двигатель внутреннего сгорания?
* Тепловой двигатель, в котором теплота образуется в результате горения топлива и подводится непосредственно к рабочему телу.
2. Дайте определение двигателя внешнего сгорания.
* Тепловой двигатель, в котором теплота образуется в результате горения топлива и подводится к рабочему телу через поверхность, ограничивающую это тело, от внешнего источника.
3. Дайте определение поршневого ДВС.
* Двигатель внутреннего сгорания объемного действия, в котором теплота преобразуется в работу силы, приложенной к возвратно-поступательно перемещающейся поверхности (поверхности поршня).
4. В чем отличие двигателя воздушного охлаждения от двигателя жидкостного охлаждения?
* В двигателе воздушного охлаждения цилиндры и головки цилиндров охлаждаются воздухом, а в двигателе жидкостного охлаждения – жидкостью.
5. В чем отличие двигателя двойного действия от двигателя простого действия?
* В двигателе двойного действия сгорание происходит переменно то с одной, то с другой стороны поршня, а в двигателе простого действия только с одной и той же стороны поршня.
6. Что такое двигатель с противоположно движущимися поршнями?
* Поршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий в каждом цилиндре по два поршня, синхронно движущихся в основном в противоположных направлениях.
7. Перечислите основные компоновочные схемы двигателей.
* Рядная, V-образная, W-образная, звездообразная, оппозитная, с противоположно движущимися поршнями.
8. Что такое комбинированный поршневой двигатель?
* Двигатель внутреннего сгорания, в котором осуществляется комбинация принципов получения механической работы поршневого двигателя и газовой турбины, объединенных общим рабочим телом.
9. Что такое турбокомпаундный двигатель?
* Комбинированный поршневой двигатель, турбина которого связана с коленчатым валом двигателя.
10. В чем отличие тронкового двигателя от крейцкопфного?
* В тронковом двигателе шатун соединяется непосредственно с поршнем, передающим на стенку цилиндра боковую силу, вызванную наклоном шатуна, а в крейцкопфном эта сила передается через скользящую деталь (крейцкопф) на направляющие, закрепленные вне цилиндра.
11. Что такое роторно-поршневой двигатель?
* Двигатель внутреннего сгорания объемного действия, в котором внешние поверхности ротора и внутренние поверхности статора образуют камеры, объем которых периодически меняется при плоскопараллельном движении ротора.
12. Что такое свободнопоршневой двигатель?
* Поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором кинематические характеристики движения поршня (перемещение, скорость, ускорение) не определяются какой-либо кинематической цепью.
13. Что такое базовый двигатель?
* Двигатель внутреннего сгорания оригинальной конструкции, на основе которого разрабатывается модификация или их семейство.
14. Что такое силовая установка с ДВС?
* Двигатель внутреннего сгорания с агрегатами, обеспечивающими его автономную работу, предназначенный для получения механической энергии.
15. Назовите характерные объемы надпоршневой полости.
* Объем камеры сгорания – объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ;
полный объем цилиндра – объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ;
рабочий объем цилиндра – объем, описываемый поршнем между мертвыми точками.
16. Почему рабочий цикл четырехтактного ДВС осуществляется за два оборота вала, а двухтактного – за один?
* Четырехтактный ДВС часть времени работает как насос. В двухтактном ДВС отсутствуют такты впуска и выпуска, а продувка и наполнение цилиндров осуществляется предварительно сжатым свежим зарядом.
17. Что такое система двигателя?
* Совокупность деталей, узлов и агрегатов, обладающая способностью выполнять определенную функцию в двигателе.
18. Что такое рабочая камера и камера сгорания?
* Рабочая камера – система двигателя, предназначенная для преобразования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, в работу силы, приложенной к поршню; образована компонентами, ограничивающими надпоршневое пространство. Камера сгорания – это рабочая камера при положении поршня в ВМТ.
19. Что такое неразделенная камера сгорания?
* Камера сгорания, представляющая собой единый объем, который может быть размещен в головке поршня, головке цилиндра, между днищами поршня и головки цилиндра или между днищами поршней.
20. Что такое разделенная камера сгорания?
* Камера сгорания, разделенная на две части (основную и дополнительную), сообщающиеся одним или несколькими каналами.
21. Что такое вихревая камера?
* Дополнительная часть разделенной камеры сгорания, в которой в процессе сжатия создается вихревое турбулентное движение рабочего тела, впрыск топлива осуществляется в эту камеру, смесеобразование и сгорание также происходят в основном в этой камере.
22. Что такое предкамера (форкамера)?
* Дополнительная часть разделенной камеры сгорания, в которой в результате предварительного частичного сгорания вводимого в нее топлива, возникает перепад давлений, используемый для интенсификации смесеобразования и горения в основной части камеры сгорания.
23. Что такое кривошипно-шатунный механизм?
* Механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршней в движение вращения коленчатого вала двигателя.
24. Какие детали выполняют функции КШМ в двигателе Ванкеля?
* Ротор с шестерней внутреннего зацепления, эксцентриковый вал, шестерня внешнего зацепления в корпусе двигателя.
25. Назовите основные функции поршневой группы.
* Функция подвижной стенки рабочей камеры, функция передачи давления газов через шатун коленчатому валу, функция уплотнения рабочей камеры, функция теплоотвода.
26. Перечислите основные требования, предъявляемые к материалу поршней.
* Малый удельный вес, низкий коэффициент теплового расширения, прирабатываемость, прочность, износостойкость и антифрикционность.
27. Для чего нужны прорези в направляющей части поршня?
* Для организации теплового барьера, снижающего передачу тепла от головки поршня юбке.
28. Что такое перекладка поршня?
* Перемещение поршня в пределах зазора между цилиндром и поршнем при изменении направления действия боковой силы.
29. Назовите типы шатунов многорядных двигателей.
* Одинарные шатуны, шатуны вильчатой конструкции, система главного и прицепного шатунов.
30. Что такое уравновешивающий механизм?
* Механизм с эксцентричными массами, приводимый от коленчатого вала с необходимым передаточным отношением, снижающий гармонические составляющие неуравновешенных сил и крутящих моментов.
31. Назовите способы упрочнения и создания износостойкой внутренней поверхности цилиндров из алюминиевых сплавов.
* а) Покрытие поверхности твердым хромом;
б) покрытие поверхности никелем с включениями карбида;
в) введение в сплав никелеграфитовой пудры;
г) микродуговое оксидирование;
д) нанесение маслоудерживающего рельефа.
32. Назовите основные способы упрочнения и создания износостойкой внутренней поверхности чугунных цилиндров.
* Азотирование, закалка, хромирование, сульфидирование и фосфатирование, нанесение маслоудерживающего рельефа.
33. Назовите основные функции цилиндров ДВС.
* Функция стенок рабочей камеры, функция направляющих поверхностей для поршня, функция теплоотвода.
34. Как производится уплотнение газового стыка между головкой и цилиндром?
* Прокладкой, резьбой при наворачивании индивидуальной головки, поверхностью металлического контакта, герметиками.
35. Из каких основных частей состоит механизм клапанного газораспределения?
* Привод распределительного вала, распределительный вал с кулачками, привод клапанного механизма, клапанный механизм.
36. Что произойдет при изменении требуемого зазора в кинематической цепи ГРМ?
* При увеличении – изменение фаз газораспределения (уменьшение времени-сечения), при уменьшении – неплотная посадка клапана в седло.
37. Что такое гильзовое газораспределение?
* Золотниковое газораспределение, осуществляемое поршнем двигателя.
38. Что такое фазы газораспределения?
* Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных органов (клапана или отверстия), выраженные в углах поворота коленчатого вала ДВС.
39. Что такое время-сечение отверстия?
* Характеристика пропускной способности отверстия с переменной по времени площадью сечения, равная определенному интегралу площади проходного сечения клапана или окна по времени или углу поворота вала.
40. Что такое система воздухоснабжения?
* Совокупность деталей, узлов и агрегатов, предназначенная для подачи свежего заряда в цилиндр двигателя и удаления отработавших газов из цилиндра.
41. Назовите основные способы глушения газодинамического шума ДВС.
* а) Активный способ глушения за счет диссипации энергии звуковых волн в поглощающей облицовке;
б) реактивный способ глушения за счет перераспределения энергии звуковых волн по частоте.
42. Назовите основные методы нейтрализации отработавших газов.
* Термическая нейтрализация, каталитическая окислительная нейтрализация, каталитическая восстановительная нейтрализация.
43. Что такое трехкомпонентный нейтрализатор?
* Окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор для одновременной нейтрализации углеводородов, окиси углерода и окислов азота, в условиях поддержания стехиометрического состава смеси на входе в двигатель.
44. Что такое система пуска?
* Совокупность деталей, узлов и агрегатов, обеспечивающих пуск двигателя.
45. Перечислите основные способы пуска двигателей.
* Пуск мускульной силой, пуск электрическим двигателем, пуск вспомогательным ДВС, пуск сжатым воздухом, пуск гидравлическим двигателем, пуск взрывом.
46. Что такое система зажигания?
* Совокупность деталей, узлов и агрегатов, обеспечивающая воспламенение смеси от внешнего источника энергии, например, посредством искрообразования в свече зажигания.
47. Что такое классическая система зажигания?
* Индуктивная система зажигания, состоящая из индукционной катушки, контактного прерывателя с параллельно включенным конденсатором, источника энергии (батареи), распределителя (при необходимости).
48. Что такое температурный предел самоочищения свечи зажигания?
* Минимальная температура теплового конуса изолятора свечи зажигания, обеспечивающая ее самоочищение от нагара.
49. Перечислите современные методы расчета, применяемые для определения полей температур, деформаций и напряжений в деталях ДВС.
* Метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод граничных элементов, метод конечных объемов, метод свободных сеток.
50. В чем заключается метод конечных элементов?
* В аппроксимации непрерывной функции дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей.
51. Перечислите основные этапы метода конечных элементов.
* Идеализация, дискретизация, решение.
52. Назовите и дайте краткую характеристику методам проектирования, применяемым в САПР двигателей.
* а) Метод нисходящего проектирования – от «общего к частному», от систем к их составным частям;
б) метод восходящего проектирования – от «частного к общему», от элементной базы к системам.
III. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
по дисциплине «Динамика ДВС»
Почему положительное и отрицательное ускорения поршня не равны по модулю?
* Потому, что величина ускорения складывается из ряда гармонических составляющих.
Для чего применяется дезаксаж в поршне КШМ?
* Для уменьшения стука при переходе поршня через мертвые точки.
3. Какие силы действуют на детали КШМ?
* а) Силы давления газов;
б) силы инерции;
в) силы трения;
г) гравитационные силы.
Почему крутящий момент ДВС непостоянен во времени?
* Потому, что переменны газовые силы и силы инерции.
В какой плоскости действует момент сил инерции возвратно-поступательного движущихся масс рядного двигателя?
* В плоскости, проходящей через оси цилиндров.
В каком направлении действуют силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс?
* Вдоль оси цилиндра
В какой плоскости действует момент сил инерции вращающихся масс?
* В плоскости, проходящей через ось коленчатого вала.
Какие массы КШМ приводятся к оси поршневого пальца.
* Массы поршня с кольцами, поршневого пальца и часть массы шатуна.
Какие массы КШМ приводятся к оси шатунной шейки?
* Массы шатунной шейки, щек и часть массы шатуна.
Какие силы учитывают при проведении динамического расчета КШМ ДВС?
* Силы давления газов и силы инерции движущихся масс.
Каково назначение противовесов, устанавливаемых на продолжении щек КШМ?
* Уравновешивание сил инерции и их моментов, а также снижение нагрузок на коренные подшипники.
Назовите условия уравновешенности двигателя.
* Равна нулю каждая из сумм: сил инерции поступательно-движущихся масс, центробежных сил, а также моментов от этих сил.
Как уравновешиваются продольные моменты силы инерции поступательно движущихся масс?
* Противовесами, устанавливаемыми на двух валах.
Как уменьшить степень неравномерности хода двигателя?
* а) Увеличением момента инерции движущихся деталей;
б) увеличением частоты вращения коленчатого вала;
в) увеличением числа цилиндров.
Для чего на коленчатый вал двигателя устанавливают маховик?
* а) Для уменьшения степени неравномерности хода двигателя;
б) для реализации нерабочих ходов поршня;
в) для обеспечения плавного соединения двигателя с потребителем.
Почему в ДВС возникают крутильные колебания коленчатого вала?
* Из-за действия переменного крутящего момента.
Какими способами можно уменьшить амплитуды крутильных колебаний коленчатого вала?
* а) Изменением порядка работы цилиндров;
б) изменением частоты собственных колебаний коленчатого вала;
в) установкой гасителей колебаний.
В чем преимущества безударных кулачков механизма газораспределения перед обычными кулачками?
* В безразрывном законе изменения ускорения клапана.
Перечислите способы борьбы с резонансом клапанных пружин.
* а) Уменьшение зазора между витками пружин;
б) применение пружин с переменным шагом витков;
в) установка двух пружин с разной частотой собственных колебаний.