- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •1 Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2 Классификация двс
- •3 Требования к двигателям
- •4 Параметры и оценочные показатели двигателей
- •1) За счёт увеличения n посредством выбора соответствующих фаз газораспределения и настроек топливной аппаратуры;
- •2) За счёт увеличения mn посредством повышения цикловых подач топлива gт и воздуха gв;
- •3) Комбинация первых двух способов.
- •Теория двс
- •Основные понятия термодинамики
- •1) Совершение работы;
- •2) Теплообмен.
- •5.2 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.3 Первый закон термодинамики
- •5.2.4. Термодинамические процессы в идеальных газах
- •3. Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта
- •6. Рабочие циклы двс
- •7 Теоретические термодинамические циклы
- •7.1. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме
- •7.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
- •7.4. Циклы двигателей с турбонаддувом
- •Тема № 8. Топливо для двигателей самоходных машин
- •8.1 Структура топлива нефтяного происхождения
- •8.2 Требования к моторному топливу и его показатели оценки
- •1) Моторным (такой бензин обозначается буквой а с числом, которое показывает октановое число, то есть процентное содержание изооктана в смеси с гептаном эквивалентной данному бензину, например, а-76);
- •2) Исследовательским (обозначается двумя буквами аи, например, аи-93).
- •Тема № 9 Основы теории горения
- •9.1 Основные параметры горения топлива
- •0,78 И 0,21 - относительное объёмное содержание азота и кислорода в воздухе.
- •9.2 Виды горения
- •1) Диффузионно-цепной;
- •2) Тепловой.
- •1) Диффузионное горение несмешанных газов, где скорость горения в основном определяется скоростью перемешивания молекул топлива и окислителя;
- •2) Горение капель жидкого топлива, где началу горения предшествует испарение топлива и диффузионное перемешивание;
- •3) Горение твёрдого топлива, где процессу горения предшествует газификация (возгонка) топлива и его последующее перемешивание с окислителем.
- •9.3 Основы химической кинетики
- •9.4 Цепные химические реакции
- •9.5 Горение в дизелях
- •9.5.4 Горение в двигателях с принудительным воспламенением
- •Тема № 10. Токсичность двс
- •Тема № 11. Регулирование и характеристики двигателей самоходных машин
- •Путём изменения количества работающих цилиндров I;
- •Изменяя угловую скорость коленчатого вала д;
- •За счёт изменения среднего эффективного давления pe.
- •1) Количественное;
- •2) Качественное.
- •Нагрузочные, когда аргументом является среднее эффективное давление pe или мощность Nд;
- •Регулировочные, когда в качестве аргумента используется какой-либо регулируемый параметр, например, угол опережения зажигания н.
- •1) С всережимным регулятором двигателя врд (рис. 11.3,а);
- •2) С двухрежимным регулятором 2рд (рис. 11.3,б);
- •3) С многорежимным регулятором (рис. 11.3,в), в частности двигатель постоянной мощности (дпм).
- •Тема № 13. Термодинамический расчёт двс
- •Тема № 14. Кинематика и динамика кшм
- •Тема № 15. Кинематика и динамика грм
- •Тема № 16. Уравновешивание двигателей
- •Тема №17. Перспективы развития двигателей самоходных машин
1 Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания
Непосредственным предшественником поршневого ДВС является паровая машина Ползунова и Уатта. От неё заимствованы кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. Впервые паровая машина на самоходной технике была применена в середине XIX века на гусеничном тракторе, изготовленном крепостным крестьянином Воронежской губернии Шамшуренковым. Этот трактор имел общий котёл с двумя паровыми машинами, каждая из которых двигала гусеницу своего борта: одна - левую, другая - правую. Однако ввиду громоздкости и крайней неэкономичности паровые машины не получили распространения на безрельсовом транспорте.
Первый поршневой ДВС построен французским изобретателем Ленуаром в 1860 году. Это был двухтактный двигатель с золотниковым ГРМ, работавший на светильном газе с воспламенением от электрической искры. Впуск свежего заряда осуществлялся в течение примерно 1/3 хода поршня от ВМТ. Затем на этом же такте происходило сгорание топлива и шёл процесс расширения. При движении поршня от НМТ осуществлялось очищение цилиндра от отработавших газов. Главный недостаток такого двигателя - отсутствие процесса сжатия. В результате этого, наполнение цилиндра было крайне малым, а сгорание происходило в большом объёме цилиндра, то есть с большими потерями теплоты. Поэтому и максимальное давление pz, и температура Tz были низкие. У лучших моделей этих двигателей pz не превышал 0,4 МПа (для современных ДВС pz приближается к 20 МПа). Несмотря на малые мощности, большие расходы топлива и низкую надёжность, двигатели Ленуара были более приемлемыми, чем паровые машины, и имели довольно широкое применение, правда как стационарные установки. Для самоходных машин они были чрезмерно тяжелы.
В 1861 году французский учёный Бо-Де-Роша предложил четырёхтактный цикл для поршневого двигателя. Этот цикл предполагал следующие такты:
- впуск (поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт);
- сжатие (поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, в конце такта осуществляется воспламенение топлива);
- расширение (поршень движется от ВМТ к НМТ, оба клапана закрыты);
- выпуск (поршень движется от НМТ к ВМТ, открыт выпускной клапан).
Первый газовый двигатель с принудительным воспламенением, работающий по четырёхтактному циклу, был построен в 1862 году немецким изобретателем из города Кёльна Николосом Отто (1832-1891). Он организовал фирму по серийному производству этих моторов. Первые двигатели имели максимальную мощность около 2 л. с. при частоте вращения коленчатого вала 150 об/мин. Масса одного мотора составляла около 2 т. Тем не менее топливная экономичность двигателя Отто была существенно лучше двигателя Ленуара и тем более паровой машины.
В процессе отработки конструкции и технологии изготовления к середине 80-х годов XIX века удалось во много раз уменьшить массу ДВС и увеличить их мощность. Это позволило использовать такие двигатели на самоходной технике. В 1885 году независимо друг от друга немецкие инженеры Карл Бенц и Готлиб Даймлер впервые изготовили самоходные машины (автомобили) с двигателями Отто.
В Германии при поддержке правительства в 90-х годах XIX века под руководством инженера Рудольфа Дизеля проводились работы с целью создания двигателя с самовоспламенением. Первоначально предполагалось, что мотор должен работать на угольном порошке, в чём крайне было заинтересовано немецкое правительство, так как запасы угля в Германии значительны, а нефти нет. Однако использование порошкообразного угля приводило к быстрому закоксовыванию форсунок. Поэтому заключительным вариантом двигателя Дизеля в 1897 году был керосиновый двухтактный мотор с самовоспламенением от сжатого, а значит, сильно разогретого воздуха.
Параллельно с немецкими и французскими инженерами в царской России также велись интенсивные работы над созданием ДВС. В 1885 году капитан Балтийского флота Костович И.С. изготовил двигатель конструкции Отто мощностью 80 л. с. при массе 240 кг. В 1899 году на Петербургском заводе Нобеля инженером Тринклером Г.В. и механиком Маминым Я.В. впервые создан четырёхтактный двигатель с самовоспламенением, работавший на сырой нефти, который был одним из самых экономичных моторов того времени.
В начале XX века с применением лёгких малогабаритных ДВС окончательно сформировалась основная компоновочная схема самоходной машины, получившая название “классической”. Тогда же определились основные технические решения механизмов и систем поршневого двигателя внутреннего сгорания. Это способствовало массовому производству автомобилей, тракторов и другой самоходной техники, суммарный ежегодный выпуск которой в конце XX века превысил 60 млн. штук. Общий тираж только четырёхтактных ДВС составил более 1 млрд. Суммарная мощность двигателей самоходных машин намного превосходит мощность всех электростанций Земли.
Ввиду высокого совершенства и двухтактный, и четырёхтактный циклы за прошедшие годы не изменились. Однако конструкции моторов, технологические процессы их производства, мощностные, экономические и экологические показатели значительно улучшились и продолжают совершенствоваться. Это результат напряжённого труда учёных, инженеров, руководителей и рабочих различных предприятий, ВУЗов и научно-исследовательских организаций многих стран мира.
Развитие отечественного моторостроения сопровождалось не только совершенствованием конструкции и технологии изготовления, но и решением проблем теории рабочего процесса, динамического анализа ДВС и других. В 1906 году профессор Гриневецкий В.И. (1871-1919) предложил метод теплового расчёта рабочего цикла двигателя, который положен в основу современной теории ДВС, развитой в дальнейшем российскими и советскими учёными Шелестом А.И., Брилингом Н.Р. и другими. В Советском Союзе была создана широкая гамма автотракторных, мотоциклетных и других двигателей, и организовано их массовое производство на множестве предприятий. Широкую известность получили моторы, созданные под руководством Климова В.Я., Константинова В.А. и других видных деятелей.