История создания, классификация ДВС
ЛЕКЦИЯ 1
ВВЕДЕНИЕ
План
1.1. Цели и задачи курса.
1.2. Роль и развитие АТС в народном хозяйстве.
1.3. История создания, классификация ДВС.
1.4. Основные понятия и определения.
Цели и задачи курса
Дисциплина “Автомобильные двигатели” рассчитана на подготовку студентов, специализирующихся в области технической эксплуатации АТС и ремонта автомобилей.
Она читается в соответствии с квалификационной характеристикой специалистов данного профиля. Не являясь профилирующим, курс формирует инженерный уровень специалиста.
В первой части курса “Основы теории, показатели и характеристики автомобильных двигателей” рассматриваются теоретические основы работы АД, а также их системы. Эта часть курса имеет целью дать систему знаний о факторах, формирующих энергетические, экологические, экономические, эксплуатационные и другие показатели, а также характеристики двигателя, во многом предопределяющие технические и производственные показатели работы подвижного состава автотранспорта.
Во второй части курса “Конструкция и расчет АД” излагаются основные принципы конструирования и расчеты элементов и систем двигателя, что имеет целью дать понятия о факторах, определяющих надежность, долговечность и безопасность, массогабаритные и производственные показатели силовых агрегатов, автомобилей, а также о технических свойствах ремонтопригодности.
|
|
|
Дисциплина “АД” основывается непосредственно на предшествующих и читаемых курсах: “АТС”, “Эксплуатационные материалы”, “Теплотехника”, “Теоретическая механика”, “Сопротивление материалов”, “Детали машин”.
В свою очередь курс “АД” является одним из базовых для последующих профилирующих курсов, в частности, “Эксплуатация автомобильного транспорта”, “Производство и ремонт автомобилей”.
Теоретические знания, полученные в результате изучения курса, закрепляются самостоятельной работой при выполнении индивидуального задания на курсовой проект.
Роль и развитие АТС в народном хозяйстве
В соответствие с основными направлениями социального и экономического развития России перед автомобильным транспортом ставится задача повышения эффективности использования АТС, и в первую очередь за счет более широкого применения прицепов и полуприцепов, дизельных и газобаллонных автомобилей, сокращения непроизводительных простоев, порожних пробегов и нерациональных перевозок. Развивать и совершенствовать централизованные перевозки. Довести долю грузооборота, осуществляемого дизельными автомобилями, до 60%. Обеспечить экономию бензина и дизтоплива на 18-20% относительно 1995 г.
|
|
|
Решение этих задач требует от автомобильной промышленности поднять качество автомобилей до уровня лучших зарубежных аналогов. А это значит, что новые и модернизируемые автомобили, и в первую очередь грузовики, должны отличаться высокой производительностью, минимальной материалоемкостью и небольшими эксплуатационными расходами.
Сегодня освоено производство более 150 новых моделей и модификаций грузовых автомобилей. Пробег автомобилей до капитального ремонта возрастает в полтора раза. Более одной трети выпускаемых грузовиков оснащаются дизельными двигателями.
Так, например, ЗИЛ - 4331 оснащается новым дизельным двигателем 185 л.с. (г/п в составе а/п - 12,5-14т), на новом горьковском грузовике впервые в отечественном автомобилестроении устанавливается дизель с воздушным охлаждением - N = 125 л.с. Намечено расширение КамАЗа. Особенно большое развитие получит здесь выпуск дизелей с турбонаддувом. Строится новый Кустанайский моторный завод дизельных двигателей, расширяется Ярославский завод “Автодизель”.
Наряду с газификацией карбюраторных двигателей, начавшейся в начале 80-х годов на ГАЗе, ЗИЛе, ведутся разработки по применению газа для дизельных двигателей.
|
|
|
Ученые НАМИ завершают эксплуатационные испытания дизелей, работающих по газодизельному процессу, намечается выпустить партию автомобилей КамАЗ, работающих на сжатом газе. При разработке новых ДВС не на последнем месте стоит вопрос охраны окружающей среды. Ведь экологическая чистота - одно из важных требований к современному автомобилю. Так, за последние 8-10 лет снижены выбросы окиси углерода на 50%. К примеру, Заволжский моторный завод и ЗИЛ перешли на выпуск бензиновых двигателей с вихревым движением заряда смеси, что снижает выброс СО на четверть и одновременно снижает расход бензина.
Специалистами Минсельхозмаша и Автопрома отработана конструкция каталитических нейтрализаторов, что позволяет уменьшить выброс СО в 7-8 раз и работать АТС в закрытых помещениях, карьерах, шахтах.
В развитии современного автомобилестроения большую роль играет отечественная наука, разрабатывающая теоретические основы и конструкцию ДВС. Одним из ведущих научных центров Автопрома является НАМИ. Большой вклад в развитие отечественного двигателестроения внесли МАДИ, МВТУ им. Баумана и другие учебные заведения.
В ряду передовых предприятий автомобильной промышленности стоят известные заводы ЗИЛ, АЗЛК, УАЗ, КамАЗ, ВАЗ, МАЗ. Начало развития дизельного моторостроения было положено в 30-х годах на заводах им. Дзержинского, Харьковском, Челябинском. В послевоенные годы построены Ярославский, Алтайский, Владимирский, Липецкий заводы. Намечено строительство Кустанайского моторного завода по производству дизельных двигателей с воздушным охлаждением.
|
|
|
История создания, классификация ДВС
Двигателями называются машины, с помощью которых преобразуется любой вид природной энергии в механическую работу. В качестве природной применяется гидравлическая, ветровая, солнечная, атомная и тепловая энергии.
Гидравлическая энергия - широко используется для получения электрической, однако ее ресурсы сравнительно ограничены. Первыми простейшими двигателями были водяные мельницы.
Ветровая и солнечная энергия - на много превышают потребности человечества, но эти виды энергии пока еще трудно реализуемы. Хотя одними из первых появились ветровые мельницы. В настоящее время находят применение солнечные батареи, с помощью которых получают электроэнергию, идущую на обогрев, питание электродвигателей.
Атомная энергия - наиболее широко используется в последнее десятилетие, создана целая индустрия. Разработаны и действуют целый ряд атомных энергетических установок, как стационарных (электростанции), так и мобильных (двигатели).
Тепловая энергия - в отличие от атомной получается от органического топлива и используется в большинстве наземного, воздушного и водного транспорта.
При химических реакциях углеводородов топлива с кислородом воздуха можно легко использовать часть выделяющейся теплоты для превращения ее в механическую работу.
Первые попытки создания ДВС относятся к концу XVIII века. Так, в 1799 году англичанин Д.Барбер предложил двигатель, работающий на смеси из воздуха и газа, полученного путем перегонки древесины. В этой и более поздних конструкциях ДВС смесь засасывалась на 1/3 хода поршня и сжигалась без предварительного сжатия. По показателям экономичности и мощности такие двигатели не могли конкурировать с паровыми машинами того времени и практического применения не нашли.
Первый работоспособный двигатель был построен французским механиком Ленуаром в 1860 году. Двигатель работал на светильном газе без сжатия смеси в цилиндре, вследствие чего имел низкий КПД(4,6%), но мог уже заменять паровую машину.
Широкое практическое применение ДВС нашли лишь после того, как кельтский механик Николай Отто в 1877 году осуществил предварительное сжатие смеси в цилиндре, благодаря чему эффективность таких двигателей резко возросла. К 1885 году мощность двигателей Отто, работающих на доменном газе, достигла 10 л.с.
В 1892 году Рудольф Дизель получил патент на ДВС нового типа, рассчитанный на использование жидкого топлива (керосина). Дизель предлагал нагревать воздух в цилиндре путем сжатия до температуры, при которой мелко распыленное впрыскиваемое топливо могло бы воспламеняться и сгорать по мере поступления в цилиндр, не изменяя при этом в нем температуру.
По замыслу изобретателя такое изотермическое сгорание должно было обеспечить работу двигателя без охлаждения стенок цилиндра. Последующие опыты не подтвердили возможность создания двигателей без охлаждения цилиндров, но идея самовоспламенения топлива оказалась плодотворной.
Двигатель с самовоспламенением смеси за счет тепла сжатия, работающий на нефти, впервые был построен в 1899 году на заводе Э.Нобеля в Петербурге. Он развивал мощность в 25 л.с. и показывал хорошую работоспособность.
Первый ДВС, работающий на легких погонах нефти, был спроектирован русским моряком И.С.Костовичем в 1879 году. Двигатель предназначался для воздухоплавательных аппаратов и прошел успешные испытания в 1885 году.
В 1885 году немецкий инженер Готлиб Даймлер построил двигатель с небывалым по тому времени числом оборотов вала 800 в минуту и мощностью менее одной лошадиной силы. Этот двигатель уже предназначался для самодвижущихся экипажей. Первые такие экипажи были созданы в 1882 году в России инженером Путиловым и в 1887 году в Германии Даймлером и Бенцем. Так было положено начало строительству самодвижущихся экипажей с ДВС, позднее названных автомобилями.
Наряду с развитием моторостроения развивалась теория ДВС. В 1906 году профессор МВТУ В.И.Гриневецкий впервые разработал метод теплового расчета двигателей, который в дальнейшем развили и дополнили Н.Р.Брилинг, Е.К.Мазинг, Б.С.Стечкин и другие.
Тепловые двигатели можно классифицировать по различным признакам.
I. По назначению двигатели делят на:
а) стационарные, применяемые на электростанциях для привода насосных установок, на нефте- и газоперекачивающих станциях, в с/х и т.д.
б) транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах и передвижных установках.
2. По роду используемого топлива различают двигатели работающие на:
а) легком жидком топливе (керосин, бензин);
б) тяжелом жидком топливе (мазут, соляровое масло, дизельное топливо, газой);
в) газовом топливе (генераторной, природный, промысловый и другие газы);
г) смешанном топливе ( основным топливом является газ, а для пуска используется жидкое топливо);
д) различных топливах ( бензин, керосин, дизтопливо и др. )-многотопливные двигатели.
3. По способу подвода теплоты к рабочему телу тепловые двигатели можно разделить на следующие группы:
а) с внутренним подводом тепла к рабочему телу- ДВС- поршневые и роторно-поршневые, в которых процессы химического реагирования и превращения тепловой энергии в механическую работу происходят во внутрицилиндровом объеме;
б) с внешним подводом теплоты- газотурбинные двигатели, в которых процессы химического реагирования происходят в отдельном агрегате (камере сгорания ) , образующееся при этом рабочее тело ( продукты сгорания ) , поступает на лопатки колеса турбины, где совершает работу; - паровые двигатели, где теплота к постоянно циркулирующему рабочему телу подводиться в теплообменнике и используется в цилиндре для совершения работы;
в) комбинированные, в которых сгорание топлива происходит в поршневом двигателе, являющемся генератором газа, механическая работа совершается в цилиндре поршневого двигателя и частично на лопатках колеса газовой турбины (турбопоршневые двигатели).
4. По способу смесеобразования поршневые ДВС делятся на двигатели:
а) с внешним смесеобразованием - горючая смесь образуется вне цилиндра (карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу);
б) с внутренним смесеобразованием - при впуске в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра. По такому способу работают дизели, в которых топливо подается в камеру сгорания, когда поршень находится в ВМТ в конце процесса сжатия; двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр и газовые двигатели с подачей жидкого топлива или газа в цилиндр в начале процесса сжатия; в) с расслоением заряда, при котором в различных зонах камеры сгорания образуется рабочая смесь разного состава.
5. По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели:
а) с воспламенением рабочей смеси от электрической искры (с искровым зажиганием);
б) с воспламенением от сжатия (дизели);
в) с форкамерно-факельным зажиганием, в которых смесь воспламеняется искрой в специальной камере сгорания небольшого объема, а дальнейший процесс горения происходит в основной камере. г) с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия (газожидкостные).
6. По способу осуществления газообмена поршневые двигатели делятся на :
а) четырехтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);
б) двухтактные с наддувом и без наддува.
Применяют наддув с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработанных газах (газотурбинный наддув); от компрессора, механически связанного с двигателем; от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой - двигателем.
7. По способу охлаждения могут быть:
а) с жидкостным охлаждением стенок цилиндров и камеры сгорания;
б) с воздушным охлаждением.
8. По способу регулирования в связи с изменением нагрузки различают двигатели:
а) с качественным регулированием, в которых при постоянном количестве вводимого в цилиндр воздуха увеличивается или уменьшается количество подаваемого топлива и состав смеси изменяется;
б) с количественным регулированием, в которых состав смеси остается постоянным и меняется только ее количество;
в) со смешанным регулированием - изменяется и количество, и состав смеси.
9. По конструкции различают:
а) поршневые двигатели; они в свою очередь делятся:
· · по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V-образные, звездообразные и с противолежащими цилиндрами;
· · по расположению поршней на однопоршневые ( в каждом цилиндре имеется один поршень и одна рабочая полость); с противоположно движущимися поршнями (тронковые, крейцкопфные), рабочая полость в которых находится между поршнями, находящимися в одном цилиндре и движущимися в противоположные стороны; двойного действия ( по обе стороны поршня имеются рабочие полости);
· · б) роторно-поршневые двигатели, которые могут быть трех типов:
· · ротор (поршень) совершает планетарное движение в корпусе. При движении ротора между ним и стенками корпуса образуются камеры переменного объема, в которых совершается цикл. Эта схема получила преимущественное применение;
· · корпус совершает планетарное движение, а корпус неподвижен;
· · ротор и корпус совершают вращательное движение - бироторный двигатель.
На автомобилях широкое применение нашли двигатели с воспламенением от искры (карбюраторные, газовые, с впрыском топлива) и с воспламенением от сжатия (дизели), а также роторно-поршневые двигатели. Для автомобилей малой грузоподъемности иногда используются электрические двигатели, работающие от аккумуляторных батарей.
На некоторых опытных автомобилях устанавливают газотурбинные, паровые, а также двигатели с внешним подводом теплоты, работающие по циклу Стирлинга.
Вопросы для самоконтроля
1. 1. Назовите основные этапы развития двигателестроения.
2. 2. Назовите основные принципы классификации ДВС
Лекция 2
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 445; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!