Основные понятия и определения
Дисциплина «Введение в специальность».
Программа зачета.
Раздел 1. Введение. Роль ПДВС в современном мире.
Техника. Значение техники. Создание новой техники. ПДВС. Значение ПДВС. Обзор применений ДВС.
Требования, предъявляемые к современным ПДВС. Показатели назначения, надежности, технологичности, экологические, эргономические, экономические, патентно-правовые, унификации, безопасности, эстетические.
Раздел 2. Работа ПДВС.
Рабочие циклы и способы их осуществления. Понятия характерных объемов рабочей камеры, мертвые точки, степень сжатия, ход поршня, такт, процесс, рабочий процесс, индикаторная диаграмма, диаграмма фаз газораспределения. Процессы газообмена, топливоподачи, смесеобразования, сгорания. Теплообмен и тепловой баланс.
Двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Двигатели с принудительным воспламенением и дизели. Двигатели четырехтактные и двухтактные.
Раздел 3. Показатели ПДВС.
Индикаторные показатели, эффективные показатели, экологические показатели, показатели совершенства конструкции. Режимы работы и характеристики ПДВС.
Раздел 4. Топлива, смазочные материалы и охлаждающие жидкости.
Раздел 5. Устройство ПДВС.
Основные системы и механизмы ПДВС. Силы в ПДВС.
Корпус, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, привод вспомогательных агрегатов. Компоновки двигателей. Уравновешивание ПДВС.
|
|
|
Раздел 6. Системы ПДВС.
Системы впуска и выпуска. Системы питания двигателей. Системы питания карбюраторных двигателей. Системы питания бензиновых двигателей с впрыском топлива. Системы питания дизелей. Системы питания газовых двигателей. Системы охлаждения, смазки, зажигания, пуска, шумоглушения, нейтрализации токсичных выбросов.
Литература.
1. Орлин А.С., Круглов М.Г. «Двигатели внутреннего сгорания», т. 1 «Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей». Библиотека УГАТУ.
2. Материалы к внеурочному зачету.
Дисциплина «Введение в специальность».
Материалы к зачету.
Классификация поршневых ДВС.
Двигатель – машина для преобразования энергии в работу. Механическая работа это произведение силы на перемещение.
Тепловой двигатель – двигатель, преобразовывающий теплоту в работу.
Двигатель объемного действия – тепловой двигатель, в котором сила, действующая на перемещающуюся поверхность, возникает в ограниченном изменяющемся объеме в результате подвода теплоты (работа возникает вследствие изменения объема: действие сил перемещает подвижные поверхности).
Двигатель динамического действия – тепловой двигатель, в котором сила, действующая на перемещающуюся поверхность, возникает в результате взаимодействия с этой поверхностью высокоскоростного потока, вызванного подводом теплоты (не объемный, сила перемещает поверхности или сам двигатель без изменения объема рабочей камеры)
|
|
|
Двигатель с внешним подводом теплоты – тепловой двигатель, в котором теплота подводится к рабочему телу через поверхность, ограничивающую это тело (извне).
Двигатель с внутренним подводом теплоты – тепловой двигатель, в котором теплота подводится непосредственно к рабочему телу (изнутри).
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором подвод теплоты к рабочему телу осуществляется посредством горения рабочего тела, а работа производится в процессе расширения продуктов сгорания. Термин тождествен термину “поршневой двигатель внутреннего сгорания”, если отсутствует уточнение, что двигатель является роторным, реактивным или комбинированным.
Поршневой ДВС (ПДВС) – ДВС объемного действия, в котором теплота преобразуется в работу силы, приложенной к возвратно-поступательно перемещающейся поверхности (поршню).
Реактивный двигатель – тепловой двигатель, в котором теплота преобразуется в работу силы, приложенной к поступательно перемещающейся поверхности.
|
|
|
Роторный двигатель – тепловой двигатель, в котором теплота преобразуется в работу силы, приложенной к вращательно перемещающейся поверхности.
Комбинированный ДВС – тепловой двигатель, в котором осуществляется какая-либо комбинация принципов работы поршневого, роторного и реактивного двигателей.
Показатели качества ДВС.
Показатели качества двигателя – количественная характеристика одного или нескольких свойств двигателя, определяющих его качество.
Показатели назначения двигателя – показатели, характеризующие возможность эффективного использования двигателя по назначению:
а) классификационные показатели (частота вращения, мощность и др.),
б) показатели функциональной эффективности (удельные расходы топлива и масла и др.),
в) конструктивные показатели двигателя (габаритные размеры, удельные мощность и масса и др.).
Показатели надежности двигателя – показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости двигателя, характеризующие его способность выполнять требуемые функции в заданных условиях в течение заданного периода времени.
|
|
|
Показатели технологичности двигателя – показатели двигателя, характеризующие его приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте.
Показатели унификации двигателя – показатели двигателя, характеризующие его насыщенность стандартными и унифицированными для данного ряда двигателей и оригинальными деталями и узлами.
Показатели транспортабельности двигателя – показатели двигателя, характеризующие возможность его транспортирования конкретным видом транспорта.
Экологические показатели двигателя – показатели двигателя (дымность отработавших газов, токсичность выбросов, шум, вибрации и т.д.), характеризующие его опасность для людей и окружающей среды.
Эргономические показатели двигателя – показатели двигателя (управляемость, обслуживаемость, осваиваемость и обитаемость), характеризующие его взаимодействие с человеком и окружающей средой.
Эстетические показатели двигателя – показатели двигателя, характеризующие его информационную выразительность, художественную целостность, стабильность товарного вида.
Патентно-правовые показатели двигателя – показатели патентной защиты и патентной чистоты двигателя, характеризующие возможность его беспрепятственной реализации в стране-производителе, в странах предполагаемого экспорта или продажи лицензий.
Показатели безопасности двигателя – показатели двигателя, характеризующие его способность не допускать таких изменений своих состояний и свойств, а также не вызывать изменений состояний и свойств других, связанных с ним объектов, которые были бы опасны для людей и окружающей среды.
Основные понятия и определения.
Положения кривошипно-шатунного механизма (КШМ), при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа (угол поворота коленчатого вала (ПКВ) j = 0о и j = 180о) называются мертвыми точками, так как при этих положениях сила, приложенная к поршню, не может вызвать вращательного движения коленвала. В зависимости от положения поршня различают верхнюю и нижнюю мертвые точки (крайние положения поршня).
Такт – движение поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки или наоборот. Расстояние при перемещении поршня из одного крайнего в другое называется ходом поршня S (рис. 1) и соответствует половине оборота коленвала.
При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется. Характерными объемами при этом принимаются следующие:
Vc – объем камеры сгорания, соответствующий положению поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) (рис. 1);
Va – полный объем цилиндра, соответствующий положению поршня в нижней мертвой точке (НМТ);
Vh – объем, описываемый поршнем между мертвыми точками, называемый рабочим объемом (на рис. 1 обозначен как Vp). Рабочий объем цилиндра можно получить, зная диаметр цилиндра D по формуле:
.
Рис. 1. Основные объемы ДВС.
Все три характерных объема связаны между собой уравнением:
Va = Vc + Vh.
Отношение полного объема Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия:
.
Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра над поршнем, то есть сжимается заряд в цилиндре, при перемещении поршня из НМТ в ВМТ.
Последовательные состояния рабочего тела внутри цилиндра можно изобразить на диаграмме в координатах P-V, называемой индикаторной диаграммой, которая может быть свернутой (рис. 2) или развернутой (рис. 3).
|
|
| Рис. 2. Свернутая индикаторная диаграмма. | Рис. 3. Развернутая индикаторная диаграмма. |
На индикаторной диаграмме ординаты в определенном масштабе показывают значения давления газов в цилиндре Р, а абсциссы – ход поршня и соответствующий ему объем V. На развернутой диаграмме на оси абсцисс откладывается угол поворота коленчатого вала (ПКВ). Горизонтальная пунктирная линия, нанесенная на диаграмме, соответствует давлению во впускном трубопроводе. Вертикальными линиями отмечены крайние точки положения поршня (ВМТ и НМТ).
Рабочий цикл может быть осуществлен за четыре или за два такта, соответственно и ДВС называются четырехтактными и двухтактными.
Четырехтактный цикл.
В четырехтактном двигателе имеются такты впуска, сжатия, расширения (рабочий ход), выпуска (рис. 4).
Рис. 4. Четырехтактный цикл ДВС.
Впуск. В начале первого такта поршень находится вблизи ВМТ, впускной клапан открыт. При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, в нем возникает разрежение, свежий заряд всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан. Впускной клапан закрывается с запаздыванием на несколько десятков градусов после НМТ для улучшения наполнения.
Сжатие. При движении поршня к ВМТ происходит сжатие поступившего в цилиндр свежего заряда. Давление и температура заряда при этом возрастают. Во время этого такта завершается зарядка цилиндра, происходит сжатие заряда, в конце такта заряд воспламеняется (от искры или от сжатия) и начинается сгорание топлива.
Расширение (рабочий ход). При ходе поршня от ВМТ к НМТ в процессе сгорания топлива давление и температура газов повышаются. Под действием давления газов происходит перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют рабочим ходом.
Выпуск. Во время процесса выпуска происходит очистка цилиндра от отработавших газов. Выпуск начинается на такте расширения с открытием выпускного клапана до прихода поршня в НМТ. Это существенно снижает давление и количество отработавших газов в цилиндре, уменьшая сопротивление движению поршня во время такта выпуска и улучшая очистку цилиндра. Затем, при движении поршня от НМТ к ВМТ, отработавшие газы вытесняются поршнем из цилиндра. Также, для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска, а после ВМТ, то есть в начале первого такта. По этой же причине впускной клапан открывается с некоторым опережением, до прихода поршня в ВМТ. В результате этого возникает перекрытие клапанов – одновременное открытие впускных и выпускных клапанов.
Для наглядности используют круговую (рис. 5, а) и спиральную (рис. 5, б) диаграммы фаз газораспределения.
|
| Рис. 5. Диаграммы фаз газораспределения четырехтактного ДВС. |
Только такт расширения является рабочим, остальные три такта совершаются за счет кинетической энергии коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров.
Двухтактный цикл.
Четырехтактный двигатель примерно половину времени работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени двигатель работает как воздушный компрессор (такты впуска и выпуска).
В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за один оборот вала. Газообмен (процессы впуска и выпуска) в цилиндрах таких двигателей происходит вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от отработавших газов осуществляется не поршнем, а предварительно сжатым в специальном компрессоре воздухом или горючей смесью. В малоразмерных ДВС в качестве компрессора используется внутренняя полость картера (кривошипная камера).
Первый такт. Во время такта, начинающегося в ВМТ (рис. 6), происходит сгорание топлива в цилиндре, над поршнем. Давление и температура газов повышаются. Под действием давления газов происходит перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу. Одновременно, под поршнем, завершается процесс впуска свежего заряда в кривошипную камеру через впускное окно. Этот процесс завершится, когда поршень при своем движении к НМТ закроет впускное окно.
При приближении поршня к НМТ открывается (поршнем) выпускное окно, расположенное на стенке цилиндра, и газы вытекают из цилиндра, т.к. давление в нем к моменту открытия выпускного окна выше атмосферного. По мере истечения отработавших газов давление в цилиндре падает до атмосферного. При дальнейшем движении поршня к НМТ открывается перепускное окно, расположенное также на стенке цилиндра ниже выпускного, и свежий заряд (воздух или топливовоздушная смесь) поступает из кривошипной камеры в цилиндр двигателя. Свежий заряд вытесняет отработавшие газы из цилиндра и заполняет его. Этот процесс называется продувкой.
Второй такт. В начале такта, вблизи НМТ, происходит завершение продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом, поступающим из кривошипной камеры. При своем движении вверх поршень последовательно закрывает перепускное и выпускное окна и сжимает свежий заряд. В конце такта заряд воспламеняется (от искры или от сжатия) и начинается сгорание топлива.
Одновременно, в течение этого такта, поршень открывает впускное окно, расположенное на стенке цилиндра и сообщающее кривошипную камеру с атмосферой. Вследствие того, что в процессе движения поршня вверх объем кривошипной камеры увеличивается, к моменту открытия впускного окна давление в ней падает ниже атмосферного, и свежий заряд поступает в кривошипную камеру. Этот заряд будет вытеснен поршнем в цилиндр двигателя через перепускное окно в течение следующего такта, когда поршень пойдет вниз от ВМТ к НМТ и закроет впускное окно.
На рис. 7 показана примерная диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя.
Рис. 6. Двухтактный цикл ДВС
Рис. 7. Круговая диаграмма фаз газораспределения двухтактного ДВС
При прочих равных условиях мощность двухтактного двигателя должна быть в 2 раза выше (рабочий ход совершается в 2 раза чаще), чем у четырехтактных ДВС, однако на самом деле она больше в 1,5-1,7 раз, главным образом из-за невысокого качества газообмена. Этим же обусловлен и другой недостаток двухтактных ДВС – низкая экономичность.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 344; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!