
- •1. Загальні відомості про автомобільні
- •1.1. Принцип дії та основні поняття, пов'язані з роботою поршневих двигунів
- •1.2. Короткий історичний огляд розвитку двз
- •1.3. Класифікація автомобільних двз
- •1.4. Режими роботи автомобільних двз
- •1.5. Основні напрямки подальшого розвитку автомобільних двз
- •2. Термодинамічні цикли поршневих двигунів
- •2.1. Загальні відомості про цикли
- •2.2. Види термодинамічних циклів двз
- •2.3. Показники термодинамічних циклів
- •3. Робочі тіла у двз, IX властивості та реакції згоряння
- •3.1. Робочі тіла у двз
- •3.2. Палива та їх властивості
- •3.2.1. Рідкі палива
- •3.2.2. Газові палива
- •3.3. Склад та кількість свіжого заряду і продуктів згоряння
- •3.3.1. Двигуни, що працюють на рідкому паливі
- •3.3.2. Двигуни з іскровим запалюванням, що працюють на газовому паливі
- •Елементарний склад паливних газів
- •Залежності молярних теплоємкостей газів від температури
- •3.3.3. Газодизелі
- •4. Дійсні цикли автомобільних двигунів
- •4.1. Загальні відомості про дійсні цикли двз
- •4.2. Процес впуску
- •4.2.1. Особливості процесу впуску
- •4.2.2. Параметри процесу впуску
- •Особливості розрахунку процесу впуску при наддуві.
- •Значення параметрів газообміну
- •4.2.3. Вплив різних факторів на коефіцієнт наповнення
- •4.2.4. Особливості газообміну в двотактних двигунах
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.3. Процес стиску
- •Роль і місце процесу стиску в робочому циклі
- •Теплообмін у процесі стиску
- •4.3.3. Розрахунок процесу стиску
- •Параметри процесу стиску
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.4. Процеси сумішоутворення і згоряння
- •4.4.1. Сумішоутворення у бензинових і газових двигунах
- •4.4.2. Сумішоутворення в дизелях
- •4.4.3. Основи згоряння паливоповітряних сумішей
- •4.4.4. Процес згоряння уДвз з іскровим запалюванням
- •Фактори, що впливають на процес згоряння у двигунах з іскровим запалюванням
- •Експлуатаційні фактори
- •Конструкційні фактори
- •Фактори, що впливають на появу детонації Конструктивні фактори
- •Експлуатаційні фактори
- •4.4.5. Процес згоряння у дизелях
- •4.4.6. Розрахунок процесу згоряння
- •4.5. Процес розширення
- •4.5.1. Теплообмін між робочим тілом і стінками циліндра
- •Параметри процесу розширення
- •4.5.2. Розрахунок процесу розширення
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.6. Процес випуску
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.7. Показники робочого циклу і двигуна
- •4.7.1. Індикаторні показники робочого циклу
- •Індикаторні показники автомобільних двз
- •Вплив різних факторів на індикаторні показники циклу Двигуни з іскровим запалюванням
- •4.7.2. Механічні втрати
- •Значення коефіцієнтів a I b для двз різних типів
- •4.7.3. Ефективні показники двигуна
- •Ефективні показники автомобільних двз
- •Вплив різних факторів на ефективні показники двигунів
- •4.7.4. Питомі показники двигуна
- •4.7.5. Тепловий розрахунок та визначення основних розмірів автомобільного двигуна
- •Значення п і s/d для автомобільних двз
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.8. Тепловий баланс і теплова напруженість двигуна
- •4.8.1. Тепловий баланс
- •Значення складових теплового балансу в автомобільних двз
- •4.8.2. Теплова напруженість
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.9. Екологічні показники автомобільних двигунів
- •4.9.1. Основні шкідливі речовини, що виділяються при роботі двигунів
- •4.9.2. Нормування шкідливих викидів двз
- •4.9.3. Вплив різних факторів на токсичність двигунів
- •4.9.4. Основні напрями зниження токсичності та димності відпрацьованих газів
- •4.9.5. Шум двигунів
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •4.10. Режими роботи і характеристики автомобільних двигунів
- •4.10.1. Швидкісні характеристики
- •4.10.2. Навантажувальні характеристики
- •4.10.3. Регулювальні характеристики
- •4.10.4. Характеристики оптимального регулювання бензинових та газових двигунів
- •4.10.5. Характеристики холостого ходу
- •4.10.6. Багатопараметрова характеристика
- •4.10.7. Характеристики токсичності
- •4.10.8. Особливості роботи автомобільного двигуна на несталих режимах
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •5. Системи живлення
- •5.1. Системи живлення карбюраторних двигунів
- •5.1.1. Загальні відомості про карбюрацію
- •5.1.2. Робочий процес елементарного карбюратора
- •5.1.3. Системи компенсації складу суміші у головній дозуючій системі
- •5.1.4. Додаткові паливодозуючі системи і пристрої карбюраторів
- •5.1.5. Балансування карбюратора
- •5.1.6. Конструктивні особливості карбюраторів
- •5.1.7. Допоміжне обладнання системи живлення
- •5.1.8. Основні напрямки подальшого вдосконалення системи живлення карбюраторних двигунів
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •5.2. Системи живлення двигунів із впорскуванням бензину
- •5.2.1. Переваги і недоліки систем впорскування бензину в порівнянні з карбюрацією
- •5.2.2. Класифікація системи впорскування
- •5.2.3. Типи та особливості будови основних застосовуваних систем впорскування та їх елементів
- •Підсистеми визначення експлуатаційного режиму роботи двз
- •Елементи підсистеми опрацювання даних та керування системою впорскування палива
- •Функціонування системи на різних режимах роботи двигуна
- •Комбінована система "Мотронік"
- •5.2.5. Перспективи подальшого розвитку систем впорскування
- •Завдання і запитання для самоконтролю
- •5.3. Системи живлення дизелів паливом
- •5.3.1. Призначення й будова паливних систем
- •5.3.2. Класифікація паливних систем дизелів
- •5.3.3. Будова і дія основних агрегатів паливних систем Паливні системи безпосереднього впорскування розділеного типу
- •Акумуляторні паливні системи
- •5.3.4. Вибір основних конструктивних елементів систем живлення
- •Коефіцієнти для розрахунку паливних
- •5.3.5. Процес впорскування палива
- •5.3.6. Поняття про методи розрахунку процесу впорскування
- •5.3.7. Регулювання частоти обертання колінчастого вала дизеля
- •5.3.8. Відомості про матеріали для паливних систем дизелів
- •5.3.9. Відомості про допоміжні агрегати паливних систем
- •5.3.10. Основні напрямки удосконалення паливних систем дизелів
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •5.4. Системи живлення газових і бензогазових двигунів та газодизелів
- •5.4.1. Системи живлення газових двигунів
- •5.4.2. Системи живлення бензогазових двигунів
- •5.4.3. Система живлення газодизелів
- •5.4.4. Газові редуктори
- •5.4.5. Розрахунок газової апаратури
- •5.4.6. Основні напрямки розвитку газових систем живлення
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •5.5. Системи наддуву автомобільних двигунів
- •5.5.1. Мета, способи і схеми наддуву
- •5.5.2. Класифікація систем наддуву
- •5.5.3. Системи газотурбінного наддуву
- •5.5.4. Будова та робота турбокомпресора
- •5.5.5. Спільна робота двигуна з турбокомпресором
- •5.5.6. Система наддуву з хвильовим обмінником тиску
- •5.5.7. Система охолодження повітря після компресора
- •5.5.8. Динамічний наддув
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •Розділ другий динаміка, зрівноваженість та основи конструювання і розрахунку автомобільних двигунів
- •6. Кінематика і динаміка кривошипно-шатунного механізму
- •6.1. Кінематика кривошипно-шатунного механізму
- •6.1.1. Типи кривошипно-шатунних механізмів
- •6.1.2. Переміщення поршня
- •6.1.3. Швидкість поршня
- •6.1.4. Прискорення поршня
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •6.2. Динаміка кривошипно-шатунного механізму
- •6.2.1. Сили, які діють у кривошипно-шатунному механізмі
- •6.2.2. Сили тиску газів
- •6.2.3. Сили інерції
- •6.2.4. Сумарна сила, що діє на поршень
- •6.2.5. Сумарні сили і моменти, що діють у кривошипно-шатунному механізмі
- •6.2.6. Сумарні індикаторний і ефективний крутний моменти
- •6.2.7. Сили, що діють на шийки і підшипники колінчастого вала
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •6.3. Нерівномірність ходу двигуна
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •6.4. Розрахунок маховика
- •6.4.1. Розрахунок маховика за припустимим коефіцієнтом нерівномірності ходу двигуна
- •6.4.2. Розрахунок маховика з умови забезпечення зрушення автомобіля з місця
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •7. Зрівноваженість двигунів
- •7.1. Сили і моменти, які викликають незрівноваженість двз
- •7.2. Загальні умови зрівноваженості двз. Критерії зрівноваженості
- •7.3. Методи аналізу зрівноваженості сил інерції та моментів від них
- •7.4. Аналіз зрівноваженості автомобільних двигунів різних схем
- •7.4.7. Двигун одноциліндровий
- •7.4.2. Двигун рядний чотирициліндровий
- •7.5. Графічний метод аналізу зрівноваженості двз
- •7.5.1. Аналіз зрівноваженості відцентрових сил інерції і моментів від них
- •7.5.2. Аналіз зрівноваженості сил інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, і моментів від них
- •7.5.3. Аналіз зрівноваженості рядного чотирициліндрового двигуна
- •7.6. Призначення противаг у двз
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8. Основи конструювання і розрахунку автомобільних двз
- •8.1. Загальні принципи конструювання
- •8.2. Передумови для розрахунку. Розрахункові режими
- •Співвідношення між напруженнями для різних циклів
- •Значення масштабних факторів для конструкційних деталей
- •Значення технологічних при різних видах обробки поверхні
- •Коефіцієнти приведення
- •Механічні якості конструкційних сталей
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.3. Кривошипно-шатунний механізм
- •8.3.1. Корпусні деталі двигуна
- •8.3.2. Група поршня
- •Значення відносних конструктивних параметрів поршня
- •Розрахунок деталей поршневої групи
- •8.3.3. Група шатуна
- •8.3.4. Група колінчастого вала
- •Відносні розміри шатунних та корінних шийок
- •Поняття про коливання колінчастого вала
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.4. Механізм газорозподілу
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.5. Системи змащення
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.6. Системи охолодження
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.7. Системи пуску
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •8.8. Системи впуску і випуску
- •Питанняі завдання для самоконтролю
- •9.Принцип побудови систем автоматизованого проектування двз
- •9.1. Загальні підходи до проектування двз як складної технічної системи
- •9.2. Можливий ступінь автоматизації різних етапів розробки конструкції двз
- •9.3. Основні елементи системи сапр двз
- •9.4. Загальна схема сапр двз
- •Завдання і запитання для самоконтролю
- •10. Перспективи розвитку двигунів нетрадиційних схем
- •10.1. Адіабатні дизелі
- •10.2. Двигун зовнішнього згоряння
- •10.3. Роторно-поршневі двигуни
- •10.4. Газотурбінні двигуни
- •10.5. Парові двигуни
- •10.6. Електричні двигуни
- •10.7. Інерційні двигуни
- •Питання і завдання для самоконтролю
- •Основні дані про зрівноваженість автомобільних двигунів найбільш вживаних схем
2.3. Показники термодинамічних циклів
Розглянемо їх на прикладі циклу із змішаним підведенням теплоти (рис. 2.4). Термодинамічні цикли поршневих ДВЗ характеризуються рядом параметрів, а саме: ступенем стиску
ступенем попереднього розширення
ступенем подальшого розширення
ступенем підвищення тиску під час згоряння
Три з цих параметрів зв'язані між собою співвідношенням
Рис. 2.4. Цикл із змішаним підведенням теплоти
Основними показниками термодинамічних циклів є термічний ККД ηt і питома робота, або середній тиск циклу рt.
Термічний ККД характеризує ефективність використання теплоти у термодинамічному циклі
де Q1 - Q2 – кількість теплоти, використаної в циклі на корисну роботу, Дж;
Lt – робота, яка здійснюється за цикл, Дж.
Питома робота, або середній тиск циклу рt дорівнює роботі циклу Lt , Дж, яка віднесена до робочого об'єму Vh , м3:
Для замкнутого циклу робота Lt визначається площиною усередині контуру, яким описаний цикл (рис. 2.4). Як видно із залежності (2.2), питома робота дорівнює деякому умовному постійному тиску рt, що діє на поршень ДВЗ протягом часу, за який відбувається зміна об'єму від Vc до Va, тобто на Vh. Отже, рt можна визначити як висоту прямокутника з основою Vh, площа якого дорівнює площі діаграми циклу. Цей тиск називають середнім тиском циклу і використовують для порівняння між собою робочих циклів, які відбуваються у ДВЗ з однаковими розмірами циліндрів.
У курсі термодинаміки приводяться такі рівняння для визначення термічного ККД і питомої роботи циклів з різними способами підведення теплоти: цикл із змішаним підведенням теплоти
цикл з підводом теплоти при p = const (λ = 0)
цикл з підводом теплоти при V = const (р = 1)
Із рівнянь (2.3), (2.5), (2.7) видно, що у всіх трьох циклах термічний ККД залежить від ступеня стиску є і показника адіабати к. Чим більші є та к, тим вищий термічний ККД. У циклі зі змішаним підводом теплоти на термодинамічний ККД впливають, крім того, коефіцієнти λ і р, а у циклі з підводом теплоти при р = const - коефіцієнт р. Розрахунки показують, що підвищення λ приводить до зростання ηt, а підвищення р - до його зниження.
Із збільшенням є термічний ККД згідно з рівняннями (2.3), (2.5), (2.7) зростає, асимптотично наближаючись до одиниці (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Залежність термічного ККД від ступеня стику в цикл з підведенням теплоти при V = const
Зростання є відбувається досить швидко до значень ступеня стиску ε= 13... 14, подальше його збільшення недоцільне, бо у реальних ДВЗ це призводить до значного зростання максимального тиску згоряння, а збільшення втрат на тертя перекривають приріст термічного ККД. Але в дизелях застосовуються і більш високі значення ε=14...23, щоб підвищити температуру наприкінці стиску для полегшення пуску холодного дизеля.
У рівняннях (2.3) і (2.5) маємо (λрk - І) > 1, і (рk -1) > 1, тому при однакових значеннях ε найбільший ККД у циклі з підведенням теплоти при V = const, який реалізують у ДВЗ із іскровим запалюванням. Слід підмітити, що в реальних ДВЗ із іскровим запалюванням
ε = 7...9. Дальшому підвищенню £ перешкоджає виникнення детонації (див. підрозд. 4.4.4).
Необхідно зауважити, що підвищення ступеня стиску в циклі з підведенням теплоти при V = const більш як ε =11...12 недоцільно також через значне збільшення тиску в кінці згоряння.
Щодо показника адіабати к, то він залежить від кількості атомів, які містяться в молях газу. Для двоатомних газів, які, в основному, містяться в повітрі, k = 1,4; для триатомних газів, що становлять основну частину продуктів згоряння, k=1,33. Тому працювати на бідних сумішах із великим вмістом повітря вигідніше, ніж на багатих.
Із сказаного випливає, що основним напрямком підвищення економічності бензинових двигунів із іскровим запалюванням є забезпечення бездетонаційної роботи на збіднених горючих сумішах при якнайбільшому ступені стиску.
Із практичної точки зору доцільно порівнювати цикли поршневих ДВЗ не при однакових є, а при однакових максимальних тисках і температурах (рис. 2.6), оскільки саме ці умови визначають міцність і надійність ДВЗ при експлуатації. Згідно з наведеними на рис. 2.6 графіками при однакових максимальних тисках і температурах найбільший ступінь стиску в циклі з підведенням теплоти при р = const, а найменший - у циклі з підведенням теплоти при У = const. Термічний ККД у циклі з підведенням теплоти при р- const теж буде більший, а для циклу при У = const - найменшим. Змішаний цикл займає проміжне місце.
Р
ис.
2.6. Порівняння трьох видів циклів при
однакових максимальних тисках і
температурах у координатах р-V
і
Т-S
Термічний ККД характеризує економічність циклу, а середній тиск -механічну віддачу циклу.
Із рівнянь (2.4), (2.6), (2.8) видно, що середній тиск циклу підвищується, якщо збільшуються параметри ра ,ηt, X, k. Підвищення ступеню стискання також сприяє збільшенню р,, але цей вплив менший, ніж впливє на ,. У циклі з підводом теплоти при p = const середній тиск pt зросте з підвищенням р , а у змішаному циклі це залежить від співвідношення між λ і р . Він збільшується, якщо λ зростає і відповідно знижується р , тому що при цьому підвищується ηt
Найбільш ефективним способом збільшення р, є підвищення початкового тиску pt , тому що це призводить до збільшення маси заряду циліндра за цикл. Тому для підвищення потужності двигуна застосовують наддув, тобто підвищення тиску свіжого заряду, який подається у циліндри.
Термічний ККД і середній тиск циклу в ДВЗ із наддувом залежать від способів підведення теплоти в поршневу частину і турбіну турбокомпресора.
У циклі зі змішаним підведенням теплоти в поршневій частині й імпульсною турбіною
де εk - ступінь підвищення тиску в компресорі.
Якщо теплота в поршневій частині підводиться при р = const, то λ =1 і
У разі підведення теплоти при V = const показник p = 1 і
У циклах з турбіною сталого тиску зі змішаним підведенням теплоти у поршневій частині
при підведенні теплоти при p = const (λ=1)
і при підведенні теплоти при V = const (p=1)
Із рівнянь (2.12)- (2.14) і (2.9)- (2.11) видно, що ηt циклах з наддувом із застосуванням турбіни сталого тиску нижчий від циклів із наддувом із застосуванням імпульсної турбіни.
Із рівнянь (2.9) - (2.14) і (2.3), (2.5) і (2.7) також видно, що термічний ККД ДВЗ із газотурбінним наддувом вищий, ніж без нього. Так, при ε =14... 18 (дизелі з імпульсною турбіною) термічний ККД підвищується на 5...6%, а при ε = 5...1 (бензинові і газові ДВЗ) - на 10...12% порівняно з тими ж ДВЗ без наддуву.
Середній тиск циклу з газотурбінним наддувом доцільно відносити до поршневої частини ДВЗ. У такому разі pt можна визначити за рівняннями (2.4), (2.6) і (2.8), якщо підставляти в них ηt з рівнянь (2.9) -(2.14). Оскільки у циклах із газотурбінним наддувом ηt більший, ніж у
циклах без наддуву, то і pt у них більший.pt
Відзначимо, що подовжене розширення можна реалізувати і у звичайному ДВЗ, відповідно збільшуючи хід поршня. Але це призводить до істотного збільшення розмірів циліндра і всього двигуна, а в реальних ДВЗ - і до зростання втрат на теплообмін і тертя, які не компенсуються невеликим збільшенням площі діаграми.
Питання і завдання для самоконтролю
Чим відрізняються термодинамічні цикли від дійсних?
Перелічіть основні види термодинамічних циклів.
3.Назвіть основні показники і параметри термодинамічних циклів. Від яких факторів вони залежать?