
- •Кафедра «Сельскохозяйственные машины»
- •Курс лекций
- •Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные параметры, применяемые для характеристики теоретических, идеальных и расчетных циклов.
- •Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные показатели идеальных циклов.
- •Тема № 3. Механизм газораспределения. Анализ работы и основы расчета.
- •Тема № 4. Система смазки и система охлаждения двс. Анализ работы и основы расчета.
- •По типу картера смазочные системы бывают с мокрым и с сухим картером.
- •Система охлаждения необходима для принудительного отвода теплоты от горячих деталей двигателя и передачи ее в окружающую среду.
- •Необходимая массовая подача (кг/с) воздуха вентилятором через радиатор:
- •Площадь поверхности охлаждения ребер головки цилиндра:
- •Тема № 5. Система питания двигателей с искровым зажиганием. Система питания, воздухоподача и смесеобразование в дизелях. Анализ работы и основы расчета.
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. П.О. СУХОГО»
Кафедра «Сельскохозяйственные машины»
В.Ф. ХИЖЕНОК, В.Б. ПОПОВ, В.В. МИРЕНКОВ
ТРАКТОРА И АВТОМОБИЛИ
Курс лекций
для студентов дневной и заочной форм обучения
специальности 1–36 12 01 «Проектирование и производство
сельскохозяйственной техники»
Гомель 2012
СОДЕРЖАНИЕ
Тема № 1. Основы теории и расчета тракторных и автомобильных двигателей. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания……………...3
Тема № 2. Анализ работы и основы расчета механизмов двигателя. Кинематика, динамика и уравновешивание двигателей……………………………13
Тема № 3. Механизм газораспределения. Анализ работы и основы расчета……………………………………………………………………………………..25
Тема № 4. Система смазки и система охлаждения ДВС. Анализ работы и основы расчета………………………………………………………………………..37
Тема № 5. Система питания двигателей с искровым зажиганием. Система питания, воздухоподача и смесеобразование в дизелях. Анализ работы и основы расчета………………………………………………………………………...51
Список литературы……………………………………………………………66
Тема
№ 1.
Основы теории и расчета тракторных и
автомобильных двигателей. Тепловой
расчет двигателя внутреннего сгорания.
Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные параметры, применяемые для характеристики теоретических, идеальных и расчетных циклов.
Термодинамический (идеальный) цикл – это замкнутый цикл, в котором сжатие и расширение адиабаты, теплоёмкость рабочего тела постоянна и не зависит от его температуры, химический состав и объём рабочего тела не меняются, условные процессы подвода и отвода теплоты заменяют процессами сгорания и газообмена, протекающим в реальном рабочем цикле.
Теоретический цикл – это незамкнутый, необратимый цикл, осуществляемый реальным рабочим телом переменного состава. В отличие от идеального цикла здесь учитываются изменения теплоёмкости рабочего тела, его химического состава в зависимости от фазы цикла и другие факторы.
Расчётный цикл двигателя строится на основе одного из термодинамических с учётом реальных особенностей и условий протекания соответствующего действительного.
На основе расчётного цикла могут быть получены значения среднего давления и КПД с наибольшим приближением к их реальным значениям в действительном цикле.
Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность.
Под
средним индикаторным давлением
понимают такое условное постоянное
давление, которое действуя на поршень
в течение одного рабочего хода, совершает
работу, равную индикаторной работе
газов в цилиндре за рабочий цикл.
Согласно
определению, среднее индикаторное
давление – отношение индикаторной
работы газов за цикл
к единице рабочего объема цилиндра
,
т.е.
При наличии индикаторной диаграммы, снятой с двигателя, среднее индикаторное давление можно определить по высоте прямоугольника, построенного на основании , площадь которого равна полезной площади индикаторной диаграммы, представляющей собой в некотором масштабе индикаторную работу .
Средние индикаторные давления при номинальной нагрузке у четырехтактных карбюраторных двигателей 0,8 – 1,2 МПа, у четырехтактных дизелей 0,7 – 1,1 МПа, у двухтактных дизелей 0,6 – 0,9 МПа.
Индикаторной
мощностью
называют работу, совершаемую газами в
цилиндрах двигателя в единицу времени.
Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий цикл:
.
Так как число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T, то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра:
,
где n – частота вращения коленчатого вала, 1/с, T – тактность двигателя, – число тактов за цикл (T=4 – для четырехтактных двигателей и T=2 – для двухтактных).
Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при числе цилиндров i:
Эффективная мощность и средние эффективные давления.
Эффективной
мощностью
называют мощность, снимаемую с коленчатого
вала двигателя для получения полезной
работы.
Эффективная
мощность меньше индикаторной
на величину мощности механических
потерь
,
т.е.
.
Мощность механических потерь затрачивается на трение и приведение в действие кривошипно–шатунного механизма и механизма газораспределения, вентилятора, жидкостного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов и приборов. Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД nm, которое представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной, т.е.
.
Для
современных двигателей механический
КПД составляет 0.72 – 0.9.Зная величину
механического КПД можно определить
эффективную мощность
.
Аналогично индикаторной мощности определяют мощность механических потерь:
,
где:
–
среднее давление механических потерь,
т.е. часть среднего индикаторного
давления, которая расходуется на
преодоление трения и на привод
вспомогательных механизмов и приборов.
Согласно экспериментальным данным для дизелей =1,13+0,1·ст; для карбюраторных двигателей =0,35+0,12·ст; где ст – средняя скорость поршня, м/с.
Разность между средним индикаторным давлением и средним давлением механических потерь называют средним эффективным давлением , т.е.:
Эффективная
мощность двигателя
откуда среднее эффективное давление
Среднее
эффективное давление при нормальной
нагрузке у четырехтактных карбюраторных
двигателе 0,75 – 0,95 МПа, у четырехтактных
дизелей 0,6 – 0,8МПа, у двухтактных 0,5 –
0,75 МПа.
Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива.
Экономичность
действительного рабочего цикла двигателя
определяют индикаторным КПД
и удельным индикаторным расходом топлива
.
Индикаторный
КПД оценивает степень использования
теплоты в действительном цикле с учетом
всех тепловых потерь и представляет
собой отношение теплоты
,
эквивалентной полезной индикаторной
работе, ко всей затраченной теплоте Q,
т.е.:
(1.1).
Теплота
(кВт), эквивалентная индикаторной работе
за 1 с,
.
Теплота
(кВт), затраченная на работу двигателя
в течение 1 с,
,
H, где
– расход топлива, кг/с; – низшая теплота
сгорания топлива, кДж/кг. Подставляя
значение
и Q
в равенство (1.1), получим:
(1.2)
Удельный
индикаторный расход топлива [кг/кВт·ч]
представляет собой отношение секундного
расхода топлива
к индикаторной мощности
,
т.е.:
Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива.
Экономичность
работы двигателя в целом определяют
эффективным КПД
и удельным эффективным расходом топлива
.
Эффективный КПД оценивает степень
использования теплоты топлива с учетом
всех видов потерь как тепловых так и
механических и представляет собой
отношение теплоты
,
эквивалентной полезной эффективной
работе, ко всей затраченной теплоте
,
т.е.
(1.3)
Так
как механический КПД равен отношению
к
,
то, подставляя в уравнение, определяющее
механический КПД nm,
значения
и
из уравнений (1.2) и (1.3), получим
,
откуда эффективный КПД двигателя равен
произведению индикаторного КПД на
механический.
Удельный
эффективный расход топлива [кг/(кВт·ч)]
представляет собой отношение секундного
расхода топлива
к эффективной мощности
,
т.е.
.