1. ДВЗ - визначення, класифікація. Коротка історія створення і розвитку.

Класифікація

• За способом перетворення теплоти в механічну роботу: двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) - поршневі, роторно-поршневі, газотурбін­ні; двигуни зовнішнього згоряння (ДЗЗ) - двигуни Стірлінга; парові дви­гуни; електричні двигуни; інерційні двигуни та ін.

• За способом здійснення робочого циклу: чотиритактні і двотактні ДВЗ, як з наддувом, так і без нього.

• За видом використаного палива: бензинові двигуни, дизелі, газо­ві ДВЗ, бензогазові ДВЗ, газодизелі, багатопаливні ДВЗ.

• За способом сумішоутворення: двигуни з зовнішнім сумішоутво­ренням (карбюраторні, газові та з впорскуванням легкого палива у впуск­ний колектор); із внутрішнім сумішоутворенням (дизелі, двигуни з впорс­куванням легкого палива у циліндр); із змішаним сумішоутворенням (газодизелі).

• За способом запалювання робочої суміші: двигуни з іскровим за­палюванням (карбюраторні, газові, з впорскуванням легкого палива); із самозайманням від стиску (дизелі); із займанням газового палива від запальної дози рідкого палива (газодизелі).

• За способом регулювання потужності: двигуни з якісним (дизелі та газодизелі), кількісним (карбюраторні та газові) і змішаним регулю­ванням.

• За розташуванням циліндрів: однорядні (з вертикальним, горизон­тальним, похилим розміщенням); дворядні (V-подібні, опозитні).

• За способом охолодження: двигуни з рідинним та повітряним охолодженням.

• За швидкохідністю: тохоходні з середньою швидкістю поршня С_т < 8 м/с, швидкоходні з С_т > 8 м/с.

Історія створення

ДВЗ з'явилися у другій половині XIX століття. Перший промисловий зразок ДВЗ, що працював на світильному газі, було створено в 1860 ро­ці французьким механіком Ж. Ленуаром. Двигун Ленуара був двотакт­ним, із охолоджуваним горизонтально розташованим циліндром, золот­никовим газорозподіленням, із примусовим запалюванням горючої суміші. У двигуні ще не застосовувалось попереднє стискання заряду, то­му коефіцієнт корисної дії не перевищував п'яти процентів. Однак по­треба у таких двигунах та істотні переваги ДВЗ над паровою машиною забезпечили його швидке удосконалення й розповсюдження.

В удосконаленні двигуна Ленуара найбільшого успіху досягли німе­цький комерсант М. Отто разом з французьким інженером Е. Лангеном. Саме вони у 1876 році вперше в двигунах реалізували принцип попе­реднього стискання суміші, який запропонував у 1862 році французький інженер А. Бо-де-Роша. Показники газового двигуна внаслідок цього значно поліпшилися.

Крім світильного газу, як паливо у двигунах поступово почали за­стосовувати доменні, природні й побіжні нафтові гази, а у кінці XIX сто­ліття, коли була організована промислова переробка нафти, й рідке нафтове паливо. Використання рідкого палива дозволило створити дви­гуни з відносно малою питомою масою, що відкривало їм шлях до за­стосування на машинах наземного транспорту. В 1885 році німецькі ін­женери Г. Даймлер і К. Бенц незалежно один від одного сконструювали і збудували перші самохідні екіпажі з ДВЗ, які згодом дістали назву авто­мобілів.

Бажання підвищити економічність ДВЗ спричинило створення дви­гуна з запалюванням від стискання, патент на принцип дії якого у 1892 році одержав німецький інженер Р. Дизель. Він вважав, що двигун має працювати за термодинамічним циклом Карно із запалюванням від сти­скання; паливо - кам'яновугільний пил. Двигун такої конструкції виявив­ся непрацездатним. Тільки у 1897-1899 pp. було створено прийнятну конструкцію двигуна, що працював на керосині, який впорскувався у ци­ліндр стиснутим у компресорі повітрям. Звідси назва - компресорний дизель.

Важливою передумовою до швидкого розвитку двигунобудування в Росії була наявність значних покладів нафти. Вчені, інженери, механіки відмовилися від сліпого наслідування зарубіжних винахідників. Так, пер­ший бензиновий двигун, який на той час максимально відповідав вимо­гам щодо потужності й масогабаритних показників для транспортного двигуна, у 1878 році сконструював, а у 1885 році побудував для дири­жабля морський офіцер І.С. Костович. Перший у світі безкомпресорний дизель, тобто дизель, у якому паливо вприскувалось у циліндр без до­помоги повітряного компресора, було збудовано у 1901 році на заводі Нобеля («Російський дизель») в Петербурзі, за проектом інженера Г.В. Трінклера; перший тепловоз із ДВЗ розробив у 1913 році проф. О.Н. Шелест та ін.

Ці успіхи у швидкому розвитку двигунобудування стали можливими завдяки досягненням у розробці теорії робочого циклу ДВЗ. У 1906 році професор МВТУ В.І. Гриневецький вперше в світі розробив метод теп­лового розрахунку двигуна, який покладено в основу сучасної теорії ро­бочих циклів поршневих ДВЗ- Цей метод був потім розвинений і допов­нений проф. Є.К. Мазінгом, акад. Б.С. Стечкіним, проф. М.М. Глаголє- вим, проф. І.Я. Леніним.

В Україні поступово відновлюється національна автомобільна про­мисловість, а значить, і автомобільне двигунобудування.

На заводах, у спеціальних конструкторських бюро, на спеціальних кафедрах вищих навчальних закладів ведуться роботи з питань дослі­дження робочих циклів, удосконалення існуючих та створення нових конструкцій автомобільних двигунів та їх агрегатів. Особлива увага при­діляється підвищенню економічності і екологічної чистоти ДВЗ; застосу­ванню систем впорскування легкого палива замість карбюрації, заміні нафтових моторних палив альтернативними; широкому впровадженню електроніки та мікропроцесорної техніки у системах паливоподачі, керу­вання ДВЗ та інше.

2. Переваги і недоліки поршневих двз.

ДВЗ-це теплова машина в якій перетворення палива в теплоту, а теплота в роботу(робочий цикл), продукти згоряння є робочим тілом.

Переваги:

• Автономність (заправився й їдь);

• Відносно великий пробіг (запас палива);

• Мобільність (висока вимога до роботи);

• Допустимі маси і габарити.

Недоліки:

• Забруднення оточуючого середовища;

• Високі вимоги до палива;

• Незадовільне протікання тягової характеристики (залежність крутного моменту від частоти)

Мк Парові

електро

ДВС(поршневі)

n

3. Особливості дійсного циклу двз. Індикаторна діаграма дійсного циклу бензинового двигуна.

Дійсні цикли ДВЗ складаються із реальних процесів, які відбува­ються у циліндрі двигуна. Основні особливості дійсних циклів: теплота підводиться спалюванням паливоповітряної суміші в надпоршневому просторі; після кожного циклу відбувається заміна робочого тіла; стис­кання і розширення відбуваються за політропою, тобто при наявності теплообміну із зовнішнім середовищем; під час розширення догоряє паливо; теплоємність і хімічний склад газів змінні; є гідравлічні втрати під час руху газів.

У зв'язку з цим ККД дійсного циклу менший за термічний ККД, η.

Дійсні цикли зображують за допомогою індикаторних діаграм у ко­ординатах p-V або р-φ, де φ - кут повороту колінчастого вала. Останню діаграму називають розгорнутою індикаторною. Індикаторні діаграми одержують експериментально, записуючи зміни тиску в цилін­дрі ДВЗ за допомогою спеціальних самописних приладів, або розрахун­ком. У останньому випадку виконують тепловий розрахунок ДВЗ, вна­слідок чого знаходять значення тиску і температури газів у характерних точках циклу, на основі яких будують діаграму циклу.

в коор­динатах p-V тонкими лініями зображено діаграму циклу чотиритактно­го бензинового або газового ДВЗ, побудовану за розрахунковими зна­ченнями тиску газу в характерних точках а, с, z, b, r. У ньому не враховується вплив випередження і запізнення відкриття й закриття впускних і випускних клапанів, випере­дження запалювання або впорскування палива та вплив швидкості змі­ни тиску газів під час згоряння. Після врахування названих факторів шляхом відповідної корекції наближа­ється до індикаторної діаграми дійсного циклу Tочки 1, 2 - відкриття і за­криття впускного, а точки 3, 4 - відкриттю і закриттю випускного клапа­нів. На ділянці 1-4 відображено так зване перекриття клапанів, коли одночасно відкриті впускний і випускний клапани. Точками с і с» по­значені початок і кінець згоряння.

1 - г -4 - а -2 впускається свіжий заряд. У циліндрах до неї домішуються залиш­кові гази від попереднього робочого циклу, внаслідок чого утворюється робоча суміш. У ДВЗ із впорскуванням легкого палива безпосередньо в циліндр у ньому також утворюється робоча суміш.

а-2-с'-с" стискується робоча суміш. На ділянці а-2-с' цей процес політропний.

У точці с робоча суміш запалюється від електричної іск­ри, і тиск починає швидко підвищуватися до точки с" .

У розрахунковому циклі згоряння закінчується у точці z і в цій точці тиск продуктів згоряння досягає найбільшого значення р₂.Але у дійсному циклі тиск газів не досягає розрахункового значення p_z, оскільки швидкість згоряння робочої суміші скінчена і за період її згоряння поршень встигає переміститися від в.м.т. до точки с"; тому об'єм надпоршневого простору збільшується. Фактичний максимальний тиск при згорянні приймається рівним Pzd=0.85pz

Тому згоряння у дійсному циклі с –с"-Z_д- с", причому на ділянці Z_Д—с" має місце так зване догорян­ня, яке помітно не впливає на тиск газів.

На ділянці Z_д -с"-3-b відбувається розширення продуктів згоіня, на ділянці z_R-c^w-З воно політропне. Після початку відкривання тшускного клапана (точка 3) тиск в циліндрі швидко спадає.

3- b'-r-4 випускаються відпрацьовані гази. Процеси впуску свіжого зпрнду і випуску відпрацьованих газів називаються процесами газообмі­ну