А.С. Березин Транспортные средства. Методические указания для студентов специальности 150200 - Автомобили, автомобильное хозяйство

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра эксплуатации автомобилей

ТРАНСПОРТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Методические указания для студентов специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство», заочной формы обучения

Составители А.С. БЕРЕЗИН Д.В. ЦЫГАНКОВ

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 1 от 3.09.02

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 150200 Протокол №6 от 16.10.02

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

КЕМЕРОВО 2002

1

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Курс «Транспортные двигатели» состоит из двух разделов: «Основы теории, показатели и характеристики автомобильных двигателей», «Конструкция и расчет автомобильных двигателей».

Раздел «Основы теории, показатели и характеристики» является основным разделом в котором рассматриваются теоретические основы работы автомобильных двигателей и их систем. Эта часть имеет цели дать студентам знания о факторах, формирующих энергетические, экономические, эксплуатационные и другие показатели, а также характеристики двигателей, во многом определяющие технические показатели работы подвижного состава автомобильного транспорта.

Раздел «Конструкция и расчет автомобильного двигателя» содержит основные принципы конструирования и расчета элементов и систем двигателей.

Студенты заочной формы обучения изучают курс самостоятельно, используя рекомендованную литературу и данные методические указания. При изучении каждой темы необходимо ознакомиться с материалом, уяснить содержание, выводы. По результатам работы необходимо составить краткий конспект, завершающийся ответами на контрольные вопросы.

Полученные теоретические знания закрепляются при выполнении студентами контрольного задания и курсового проекта.

Из имеющейся литературы наиболее полно основы теории и показатели автомобильных двигателей изложены в учебнике [1]. Учебник [2] содержит хороший материал по системам автомобильных двигателей и имеет иллюстрации, полезные для эксплуатации двигателя.

При выполнении контрольных заданий рекомендуется использовать пособие [3], содержащее необходимый справочный материал и краткое описание рабочих процессов.

2

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ РАЗДЕЛА

2.1.Основы теории поршневых двигателей

2.1.1. Термодинамические основы циклов ДВС

Рассматриваются циклы с подводом теплоты при постоянном объеме, постоянном давлении и комбинированном подводе теплоты (смешанный цикл); производится анализ термодинамических циклов двигателей с наддувом. Необходимо знать влияние различных факторов на теплоиспользование в циклах.

Следует уделить основное внимание сравнению показателей циклов при различных способах подвода теплоты.

Литература: [1, с.13-28; 2, c.9-24; 4, c.9-27; 7, c.50-80].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Изобразите обобщенный цикл поршневых двигателей в координатах «давление - объем» и укажите характерные точки цикла.

2.0бъясните следующие термины: степень сжатия, степень предварительного расширения, степень последующего расширения.

3.Назовите частные случаи обобщенного теоретического цикла. В чем их отличия?

4.Каким образом увеличение степени сжатия влияет на величину термического КПД?

5.Чем ограничены предельные значения степени сжатия в двигателях с искровым зажиганием?

6.Как изменяются показатели термодинамического цикла при увеличении нагрузки?

2.1.2. Рабочие тела и их свойства

При изучении данной темы необходимо знать состав и основные свойства жидких и газообразных топлив, используемых в ДВС, химические реакции окисления компонентов топлива. Следует рассмотреть теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива, коэффициент избытка воздуха. Кроме того, необходимо усвоить теоретический состав и количество продуктов сгорания топлива

3

при избытке и недостатке воздуха; изменение числа молей при сгорании жидких и газообразных топлив, а также термодинамические свойства свежего заряда и продуктов сгорания. Необходимо проанализировать их зависимость от состава смеси и от температуры.

Литература: [1, с. 29-50; 2, с. 72-84; 4, с. 27-44; 7, с. 32-49; 14; 15].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Назовите элементарный состав жидких и газообразных топлив.

2.Что называется октановым числом? Какова взаимосвязь допустимой степени сжатия и необходимого октанового числа топлива?

3.Что называется цетановым числом?

4.Назовите марки бензинов и дизельного топлива. Укажите область их применения.

5.Что называется коэффициентом избытка воздуха? Каковы численные значения коэффициента для стехиометрической, бедной и богатой смеси?

6.Назовите состав продуктов сгорания при полном сгорании топ-

лива.

7.Назовите состав продуктов сгорания при неполном сгорании топлива.

8.Как определяется низшая теплота сгорания топлива?

2.1.3. Действительные циклы поршневых ДВС

Необходимо рассмотреть характер протекания действительных циклов в автомобильных двигателях и их основные отличия от термодинамического цикла. Следует тщательно изучить индикаторные диаграммы действительных циклов четырехтактных двигателей с воспламенением топлива от электрической искры и с воспламенением от сжатия, основные и вспомогательные процессы, а также такты в действительном цикле. Необходимо знать основные параметры, характеризующие действительный цикл: среднее индикаторное давление и индикаторный коэффициент полезного действия.

Литература: [1, с. 56-66,145-152; 2, с. 138-141; 3, с. 16-40; 14; 15].

4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Укажите на индикаторной диаграмме процессы впуска, сжатия, рабочий процесс и процесс выпуска. Объясните характер протекания каждого из процессов.

2.В чем состоит основное отличие индикаторных диаграмм четырехтактного карбюраторного двигателя и дизеля?

3.Поясните индикаторную диаграмму двухтактного дизеля.

4.Назовите основные показатели рабочего цикла.

5.С какой целью в расчет индикаторного давления действительного цикла вводится коэффициент скругления диаграммы? Его численное значение?

6.От каких параметров и как зависит среднее индикаторное давление цикла?

7.Что называется индикаторной мощностью двигателя?

8.Как зависит индикаторная мощность от основных параметров, определяющих работу двигателя?

2.1.4. Процесс впуска

При изучении процесса впуска следует рассмотреть условия протекания процесса в 4-х тактных двигателях, особенности процесса при наличии гидравлических сопротивлений в системах впуска; подогрев заряда. Необходимо обратить внимание на фазы газораспределения, образование вихревого движения заряда в цилиндре в процессе впуска. Особое внимание следует уделить параметрам процесса впуска: давлению в цилиндре в конце процесса впуска, коэффициенту остаточных газов, температуре в конце впуска, коэффициенту наполнения.

Рассматривая коэффициент наполнения, необходимо выявить влияние конструктивных факторов и режимов работы двигателя на величину коэффициента. Следует также отметить влияние технического состояния ряда систем и механизмов двигателя, а также их эксплуатационных регулировок на процесс впуска.

Литература: [1, с. 67-90; 2, с. 24-65; 4, с. 45-101; 7, с. 81-100; 14;

15].

5

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Назовите факторы, влияющие на количество свежего заряда, поступающего в процессе впуска.

2.Какие существуют способы снижения гидравлических потерь на впуске?

3.Что называется коэффициентом остаточных газов? Каковы его численные значения для различных типов двигателей?

4.Какое влияние оказывает температура подогрева заряда на наполнение цилиндра в процессе впуска?

5.Что называется коэффициентом наполнения?

6.Как изменяется коэффициент наполнения при увеличении степени сжатия, изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала?

7.Каковы значения коэффициента наполнения для различных типов двигателя?

2.1.5. Процесс сжатия

При изучении процесса сжатия необходимо рассмотреть теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия; показатели, характеризующие процесс сжатия: политропа сжатия и ее изменение в процессе сжатия, степень сжатия и влияние эксплуатационных факторов на величину степени сжатия.

Необходимо уметь произвести термодинамический расчет параметров рабочего тела в конце сжатия для различных типов двигателей.

Литература: [1, с. 93-100; 2, с. 69-72; 4, с. 102-107; 7, с. 100-103; 14; 15].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Объясните характер протекания процесса сжатия, используя индикаторную диаграмму.

2.Назовите показатели, характеризующие процесс сжатия. Их аналитические зависимости?

3.Какое влияние оказывают на протекание процесса такие факторы, как: температура окружающего воздуха, тип системы охлаждения, изменение нагрузки?

4.Назовите значения параметров процесса сжатия для различных типов двигателей.

6

2.1.6. Смесеобразование в двигателях с воспламенением от искры

Необходимо знать требования, предъявляемые к процессам смесеобразования в двигателях с воспламенением от искры, процесс распыливания топлива при карбюрации.

Следует обратить внимание на образование топливной пленки и характер движения смеси по впускному тракту, количественную и качественную неравномерность распределения смеси по цилиндрам. Необходимо отметить особенности процесса смесеобразования при работе двигателя на газообразных топливах. Особое внимание следует уделить влиянию режима работы двигателя и его технического состояния на смесеобразование и распределение смеси по цилиндрам, а также смесеобразование в процессе запуска и прогрева двигателя.

Литература: [1, с. 235-240; 4, с. 108-118; 7, с. 118-124; 14].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Какие существуют виды внешнего смесеобразования?

2.Какие факторы влияют на процесс приготовления горючей смеси? Каков характер их влияний на карбюрацию?

3.Перечислите основные требования, предъявляемые к карбюра-

тору.

4.Назовите причины неравномерного распределения смеси по цилиндрам.

5.Какие секторы влияют на распыливание топлива?

2.1.7. Процессы смесеобразования в дизелях

При изучении процесса смесеобразования в дизелях необходимо знать требования, предъявляемые к смесеобразованию в дизелях; факторы, влияющие на распыливание топлива и характер распределения топлива под влиянием движения воздушного заряда.

Следует обратить внимание на особенности объемного и пленочного смесеобразования, на смесеобразование в раздельных камерах сгорания. Необходимо изучить влияние режима работы дизеля и его технического состояния на процессы смесеобразования.

Литература: [1, с. 311-335; 2, с. 123-127; 4, с. 108-118; 7, с. 136-

161].

7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Какие существуют виды смесеобразования в дизелях?

2.Что называется характеристикой распыливания?

3.От каких факторов зависит качество процесса распыливания?

4.Поясните объемное смесеобразование, его отличие от пленочного смесеобразования?

5.Назовите тип камеры сгорания, обеспечивающий объемное и пленочное смесеобразование.

6.Изобразите основные конфигурации неразделенных и разделенных камер сгорания.

7.Назовите преимущества и недостатки пленочного смесеобразо-

вания.

8.Какие особенности имеет процесс смесеобразования в двигателях с вихревыми камерами и предкамерами? Назовите преимущества и недостатки вихревых и предкамерных двигателей.

2.1.8. Основные понятия теории воспламенения и горения

Необходимо рассмотреть характер протекания процесса сгорания в поршневых ДВС. При изучении воспламенения гомогенной смеси от электрической искры необходимо обратить внимание на скорость распространения пламени. Необходимо иметь понятия о турбулентном и диффузионном горении.

Литература: [1, c. 101-110; 4, с. 118-129; 7, с. 103-110; 14; 15].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Назовите причины возникновения самовоспламенения топлив- но-воздушной смеси.

2.Каков характер распространения фронта пламени в горючей

смеси?

3.От каких факторов зависит скорость распространения фронта пламени?

4.Дайте характеристику диффузионного и турбулентного горе-

ния.

5.Назовите пределы возможного обеднения и обогащения смеси.

8

2.1.9. Сгорание смеси в бензиновых и газовых двигателях

Процесс сгорания является основным процессом рабочего цикла. При изучении процесса сгорания необходимо рассмотреть фазы процесса сгорания и произвести их анализ по развернутой индикаторной диаграмме. Необходимо изучить влияние конструктивных факторов на процесс сгорания. Особое внимание следует уделить изучению влияния на процесс сгорания ряда эксплуатационных факторов, таких как: установка угла опережения зажигания, состав смеси, тепловой режим двигателя, нагарообразование на поверхности камеры сгорания, параметры окружающей среды, скоростной и нагрузочный режим работы двигателя.

При изучении детонационного сгорания необходимо знать внешние признаки детонации, причины, вызывающие появление детонационного сгорания и методы ее устранения в условиях эксплуатации автомобилей.

Необходимо также рассмотреть преждевременное воспламенение смеси и факторы, его вызывающие.

Литература: [1, с. 110-123; 2, с. 95-117; 4, с. 130-132; 7, с. 124-136; 14; 15].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Назовите основные фазы процесса сгорания.

2.Что называется углом опережения зажигания? Каковы его численные значения?

3.Что такое «мощностной» и «экономичный» состав смеси?

4.Какое влияние оказывают на процесс сгорания изменение нагрузки и частоты вращения коленчатого вала?

5.Какое влияние оказывает на процесс сгорания форма камеры сгорания?

6.Что называется детонационным сгоранием? Каковы причины его возникновения?

7.Каковы причины преждевременного воспламенения?

8.Каковы причины калильного зажигания?

9

2.1.10. Сгорание топлива в дизелях

При изучении процесса сгорания в дизеле необходимо рассмотреть условия воспламенения топлива, а также фазы горения и произвести их анализ по развернутой индикаторной диаграмме. Необходимо знать такие характеристики процесса, как период задержки воспламенения и скорость нарастания давления. Основное внимание следует уделить изучению влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на процесс сгорания и на топливную экономичность дизеля.

Литература: [1, с. 123-130; 2, с. 118-128; 4, с. 132-135; 7, с. 161168; 15].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Представьте на индикаторной диаграмме фазы процесса сгора-

ния.

2.Дайте краткую характеристику фаз.

3.Какие факторы влияют на продолжительность задержки воспламенения?

4.Как влияет на протекание процесса сгорания изменение нагрузки и частоты вращения коленчатого вала?

6.Укажите характер влияния качественного состава смеси на процесс сгорания.

7.Что называется углом опережения впрыска топлива?

2.1.11. Термодинамика процесса сгорания

Основное внимание следует уделить изучению термодинамического расчета параметров рабочего тела в конце сгорания. Кроме того, необходимо знать численные значения параметров процесса сгорания: максимальное и действительное давление сгорания, максимальную температуру сгорания, максимальную и среднюю скорость нарастания давления, а также степень предварительного и последующего расширения.

Литература: [1, с. 130-135; 2, с. 129-133; 4, с. 135-141; 7, с. 111118; 15].