Download pdf - Автомобильные двигатели. Теория автомобильных двигателей. Питание двигателей: Программа и методические

1

Министерство образования Российской Федерации Хабаровский государственный технический университет

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Программа и методические указания к изучению разделов курса для студентов специальности 150500

«Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения

Хабаровск Издательство ХГТУ

2002

2

УДК 621.431 Автомобильные двигатели. Теория автомобильных двигателей. Питание двигателей: Программа и методические указания к изучению разделов курса для студентов специальности 150500 заочной формы обучения / Сост. В. Д. Басаргин. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. – 32 с. Работа подготовлена на кафедре «Двигатели внутреннего сгора-ния». Включает программу первой части курса, вопросы для самопро-верки, контрольную работу, список литературы. Печатается в соответствии с решениями кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» и методического совета заочного факультета.

© Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

Общие сведения

Программа курса «Автомобильные двигатели» предусматривает

изучение трех основных разделов: теорию автомобильных двигателей

(раздел I); питание двигателей (раздел II); конструкцию и расчет авто-

мобильных двигателей (раздел III). После изучения теоретических раз-

делов курса и выполнения цикла лабораторных работ выполняется кур-

совой проект, который требует знаний по всем трем разделам изучае-

мой дисциплины «Автомобильные двигатели».

ПРОГРАММА КУРСА Раздел I. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Тема 1. Термодинамические циклы поршневых двигателей

внутреннего сгорания

Общие понятия. КПД и удельная работа цикла. Обобщенный

цикл. Циклы с подводом теплоты при постоянном объеме, постоянном

давлении и комбинированном подводе теплоты. Влияние различных

факторов на показатели цикла. Сравнительный анализ циклов.

Методические указания

Основное внимание при изучении этой темы следует уделить со-

поставлению между собой показателей изучаемых циклов и оценке их

по коэффициентам полезного действия.

[1, с. 13 – 28; 2, с. 10 –22]

4

Вопросы и задания для самопроверки

1. Изобразите теоретические циклы с подводом тепла при постоян-

ном объеме, при постоянном давлении и со смешанным подводом теп-

ла в P-V и T-S координатах.

2. Как цикл со смешанным подводом тепла можно преобразовать в

циклы с подводом тепла при постоянном объеме и давлении?

3. Покажите, как влияют степень сжатия и показатель адиабаты на

термический КПД и среднее давление цикла.

4. Получите формулы для определения полезной работы циклов.

5. Выведите формулы для определения среднего давления каждого

цикла. Определите графически величину этого давления по диаграм-

мам анализируемых циклов.

6. Дайте определение коэффициентов предварительного и после-

дующего расширения. Покажите их влияние на показатели цикла.

Тема 2. Химические реакции топливовоздушных смесей

Реакция сгорания жидкого и газообразного топлива. Теоретиче-

ски необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива.

Коэффициент избытка воздуха. Характеристики топлива. Состав горю-

чей смеси. Полное и неполное сгорание топлива. Количество и состав

продуктов сгорания. Коэффициент молекулярного изменения. Теплота

сгорания топлива и горючей смеси. Зависимость теплоты сгорания го-

рючей смеси от состава и коэффициента избытка воздуха. Теплоем-

кость свежего заряда и продуктов сгорания.

5


В автомобильных двигателях, главным образом, используется

топливо нефтяного происхождения, которое состоит в основном из уг-

лерода и водорода. Изучение процесса сгорания сводится к рассмотре-

нию реакций, происходящих между углеродом, водородом и кислоро-

дом. Поэтому, зная условия протекания этих реакций, важно уметь оп-

ределять теоретически необходимое количество воздуха для полного

сгорания топлива. Сгорание может осуществляться с недостатком и с

избытком воздуха. В связи с этим необходимо иметь представление о

коэффициенте избытка воздуха.

Для определения параметров конца сгорания – температуры и

давления – важно уметь определять теплоемкости свежего заряда и

продуктов сгорания.

[1, с. 20–55; 2, с. 23–434; 3, с. 4–18.]


1. Получите зависимость для определения теоретически необхо-

димого количества воздуха для сгорания 1 кг топлива.

2. Поясните физический смысл понятия «коэффициент избытка

воздуха».

3. Каковы условия протекания процесса сгорания топлива, если

коэффициент избытка воздуха меньше, равен и больше единицы.

4. Назовите состав рабочего тела до сгорания в карбюраторном

двигателе, в дизеле и газовом двигателе.

5. Какой состав имеют продукты сгорания и как определяется их

количество в зависимости от коэффициента избытка воздуха?

6

6. Высшая и низшая теплота сгорания топлива, как подсчитать

низшую теплоту сгорания топлива?

7. Зная состав горючей смеси, как определить её теплоту сгора-

ния?

8. В чем заключается физическое понимание теплоемкости ра-

бочей смеси и продуктов сгорания?

Тема 3. Действительные циклы

Характер протекания действительных циклов и их основные от-

клонения от теоретических циклов. Индикаторные диаграммы действи-

тельных циклов в четырех-и двухтактных двигателях. Особенности

протекания действительного цикла в двигателе с воспламенением от

сжатия. Фазы газораспределения.


Протекание действительного цикла в автомобильных двигателях

значительно отличается от теоретического. Осуществление действи-

тельного цикла по сравнению с теоретическим связано не только с кон-

структивными особенностями двигателя, но и со значительными до-

полнительными тепловыми и гидравлическими потерями. К потерям

относятся: 1) работа, затраченная на осуществление впуска и очистку

цилиндров двигателя от продуктов сгорания; 2) теплообмен между ра-

бочим телом и охлаждающей средой на протяжении всего времени, в

течение которого осуществляется действительный цикл. В связи с этим

в действительном цикле процессы сжатия и расширения протекают по

политропическим зависимостям.

7

Подвод тепла в процессе сгорания топлива и отвод тепла с выпу-

скными газами происходит в действительном цикле на протяжении оп-

ределенного времени, а не мгновенно, как в теоретическом.

Отличие действительного цикла от теоретического состоит также

в том, что теплоемкость реального рабочего тела изменяется с измене-

нием температуры, тогда как в теоретическом цикле предполагается,

что рабочее тело является идеальным газом и его теплоемкость не за-

висит от температуры.

В процессе изучения действительных циклов необходимо уметь

изображать их в виде индикаторных диаграмм.

[1, с. 56–66; 2, с. 62; с. 120–122]


1. Какие физические явления при осуществлении действитель-

ных циклов способствуют тому, что они отличаются от теоре-

тических?

2. Изобразите индикаторные диаграммы действительных циклов

двигателей с воспламенением топлива от искры и самовос-

пламенением от сжатия.

3. В чем принципиальные особенности индикаторных диаграмм

для четырех- и двухтактных двигателей?

Процесс впуска в двигателях

Процесс газообмена в быстроходных двигателях. Факторы,

влияющие на протекание процесса наполнения, гидравлические сопро-

тивления впускной системы, подогрев заряда, остаточные газы.

8

Определение температуры и давления в конце впуска. Коэффи-

циент наполнения. Наполнение в двухтактных двигателях. Действи-

тельная и условная степень сжатия. Коэффициент утечки и продувки,

числовые значения параметров процесса впуска. Методика расчета

процесса газообмена на основе уравнения баланса энергии.


Основными физическими явлениями, влияющими на параметры

впуска рабочего заряда в цилиндры двигателя, являются гидравличе-

ские сопротивления впускной системы двигателя, подогрев свежего за-

ряда на протяжении такта впуска и остаточные продукты сгорания от

предыдущего цикла.

В результате изучения физического состояния рабочего заряда к

концу впуска достигается возможность объяснения причин невозмож-

ности полного заполнения цилиндров двигателя. Более полное исполь-

зование объемов цилиндров приводит к увеличению количества рабо-

чего заряда и увеличению показателей рабочего цикла двигателя.

Эффективность процесса наполнения оценивается коэффициен-

том наполнения, поэтому необходимо ознакомиться с выводом уравне-

ния для определения коэффициента наполнения и оценить факторы,

влияющие на этот показатель.

Особенности наполнения двухтактных двигателей связаны с дей-

ствительной и условной степенями сжатия и с утечками заряда в про-

цессе продувки. Необходимо изучить основные схемы продувки и ра-

зобраться в методике расчета процесса газообмена на основании урав-

нения баланса энергии.

9

[1, с. 67–92; 2, с. 62–69; 3, с. 19–25]


1. Какие физические явления влияют на наполнение цилиндров

двигателя?

2. Влияет ли подогрев свежего заряда на наполнение цилиндров

двигателя?

3. Какова доля влияния остаточных газов на наполнение цилин-

дров двигателя?

4. Дайте анализ влияния всех параметров, входящих в формулу

для определения ηV .

5. Каковы значения величин давления и температуры свежего

заряда в конце процесса впуска для дизелей?

Процесс сжатия в двигателях

Общие сведения о процессе сжатия. Различия в протекании про-

цесса сжатия в действительном и термодинамическом циклах. Тепло-

обмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия.

Показатель политропы сжатия, его изменение в процессе сжатия. Экс-

периментальные методы определения параметров процесса сжатия.


Для сгорания топлива, поступившего в цилиндры двигателя, не-

обходимо обеспечить соответствующие температуру и давление свеже-

го заряда, для чего свежий заряд после закрытия впускного клапана

10

сжимается при перемещении поршня до верхней мертвой точки. В кон-

це сжатия достигаются необходимые значения температуры и давле-

ния, которые зависят от типа двигателя.

В процессе сжатия происходит теплообмен между свежим заря-

дом и стенками цилиндра двигателя. Необходимо обратить внимание

на физику явления теплообмена и уяснить причины и характер отличий

сжатия действительного цикла и теоретического. Обосновать справед-

ливость принятого для расчетов среднего показателя политропы сжа-

тия.

Особое внимание следует обратить на факторы, влияющие на

процесс сжатия.

[1, с. 98–100; 2, с. 69–72; 3, с. 25–28]


1. С какой целью необходимо производить сжатие свежего заря-

да?

2. Назовите отличия в протекании процесса сжатия действитель-

ного и теоретического циклов?

3. Как влияет теплообмен на величину показателя политропы

сжатия?

4. Как принимается среднее значение политропы сжатия?

5. Перечислите и проведите анализ факторов, влияющих на ве-

личину показателя политропы сжатия.

6. Проведите анализ зависимости для определения давления в

конце процесса сжатия и выделите наиболее значимые пара-

метры, от которых оно зависит.

11

7. Приведите порядок значений величин температуры и давле-

ний в конце сжатия для дизеля и двигателя с искровым зажи-

ганием.

Процесс сгорания в двигателях

Физико-химическая сущность процесса сгорания горючей смеси

в цилиндре двигателя. Самовоспламенение топливовоздушных смесей

и распространение пламени. Концентрационные пределы воспламене-

ния смеси, их физико-химическая сущность. Ламинарное, турбулент-

ное и диффузионное горение.

Сгорание горючей смеси в двигателях с искровым зажиганием.

Скорости распространения пламени в камере сгорания, их зависимость

от различных факторов. Основные фазы процесса и их объяснение по

развернутой индикаторной диаграмме.

Скорость нарастания давления, характеристика активного тепло-

выделения. Диссоциация продуктов сгорания. Теплоотдача в стенки

камеры сгорания.

Влияние основных конструктивных факторов на процесс сгора-

ния в карбюраторных двигателях: степени сжатия, формы камеры сго-

рания, количества и расположения свечей зажигания, размеров цилин-

дра, материалов основных деталей, замыкающих объем камеры сгора-

ния.

Влияние основных эксплуатационных факторов: состава горючей

смеси, угла опережения зажигания, числа оборотов, степени дроссели-

рования, интенсивности охлаждения, нагарообразования, технического

состояния двигателя.

12

Детонационное сгорание в двигателях с искровым зажиганием.

Внешние признаки детонации. Опасность детонации для двигателя.

Причины, вызывающие появление детонационного сгорания. Влияние

различных факторов на момент возникновения и интенсивность дето-

нации. Основные методы устранения детонации.

Преждевременное воспламенение от накаленных поверхностей и

от частиц тлеющего нагара. Последующее самовоспламенение.

Протекание процесса сгорания в дизелях. Фазы сгорания. Период

задержки воспламенения и его зависимость от скоростного режима,

сорта топлива, давления и температуры сжатия.

Скорости нарастания давления в процессе сгорания и максималь-

ное давление цикла в быстроходных дизелях. Факторы, влияющие на

процесс сгорания в дизеле.

Термодинамика процесса сгорания в дизелях. Коэффициенты

полноты сгорания, теплоотдачи и использования теплоты как основные

факторы, учитывающие потери тепловой энергии. Определение темпе-

ратуры конца видимого сгорания, степени повышения давления, пред-

варительного расширения. Числовые значения этих параметров в дви-

гателях с искровым зажиганием и в дизелях.


Физико-химическая сущность сгорания заключается в том, что

при определенных температурных условиях происходят интенсивные

реакции между топливом и кислородом воздуха. При этом меняется со-

став, выделяется тепловая энергия и протекает нарастающий процесс

распространения пламени по всей камере сгорания.

13

Воспламенение и распространение пламени в цилиндре двигате-

ля зависит от концентрационных пределов воспламенения смеси, кото-

рые оцениваются коэффициентом избытка воздуха. Следует обратить

внимание на различие концентрационных пределов для различных ви-

дов топлива.

Скорость нарастания давлений зависит от тепловыделения, сле-

дует разобраться в механизме закона тепловыделения и факторах,

влияющих на него. Необходимо усвоить причины возникновения дето-

нации и меры борьбы с этим явлением в двигателях, изучить отличия в

процессах сгорания дизелей и карбюраторных двигателей и факторы,

обусловливающие эти различия, возможности управления процессом

сгорания.

В результате анализа процесса сгорания определяются темпера-

тура и давление в конце сгорания. Необходимо уяснить физический

смысл и определить предельные значения коэффициентов полноты

сгорания и предварительного расширения.

[1, с. 101–135; 2, с. 72–96; 3, с. 28–32]


1. Какие основные физические и химические явления определя-

ют процесс сгорания в цилиндре двигателя?

2. Почему различные виды топлива имеют различные концен-

трационные пределы воспламенения? Каковы числовые зна-

чения концентрационных пределов воспламенения для топли-

ва, используемого в автотракторных двигателях?

3. Как распространяется пламя в камере сгорания двигателя?

14

4. Объясните основные фазы сгорания топлива в двигателе по

индикаторной диаграмме.

5. Перечислите и дайте анализ основных факторов, влияющих на

процесс сгорания в двигателе.

6. Назовите основные виды тепловых потерь в двигателях.

7. Что такое детонационное сгорание и что влияет на его появле-

ние?

8. В чем сказывается отрицательное влияние детонационного го-

рения, т. е. преждевременного воспламенения горючей смеси,

на работу двигателя?

9. В чем отличия в процессах сгорания топлива в дизеле и кар-

бюраторном двигателе?

10. Объясните явление задержки воспламенения топлива в дизе-

лях и назовите пределы её изменения.

11. В чем заключается методика составления уравнения теплово-

го баланса при определении температуры конца сгорания в

дизеле?

12. Как определить давление конца сгорания в дизеле?

13. Дайте определения степени повышения давления и степени

предварительного расширения.

Процесс расширения в двигателях

Особенности процесса расширения в действительном цикле.

Влияние характера протекания процесса и теплоотдачи стенкам на теп-

лоиспользование. Показатель политропы и его изменение в процессе

15

расширения. Расчетное определение давления и температуры конца

расширения.


Процесс расширения газов в действительном цикле отличается от

предусматриваемого расширения газов в теоретическом цикле. Необ-

ходимо рассмотреть эти отличия, с тем чтобы обоснованно выбирать

показатель политропы расширения, изучить методику вывода формул

для определения температуры и давления в конце расширения и уяс-

нить, какие факторы влияют на эти параметры.

[1, с. 136–138; 2, с. 96–99; 3, с. 33–37]


1. Почему отличаются процессы расширения в действительном и

теоретическом циклах?

2. Почему в действительном цикле принимают значение показа-

теля политропы расширения средним?

3. Изучите методику вывода формул для вычисления температу-

ры и давления в конце расширения и запомните, в каких пре-

делах они лежат у автомобильных двигателей.

Процесс выпуска в двигателях

Характер протекания процесса выпуска. Гидравлические сопро-

тивления в выпускной системе. Факторы, влияющие на величину по-

терь при выпуске.

16

Конструктивные мероприятия по экологии в отношении токсичности

выхлопа, шума и вибраций.


Рабочий цикл двигателя завершается процессом выпуска. Систе-

ма выпуска газов осуществляет не только очистку цилиндров от отра-

ботавших газов, но и выполняет функции глушения шума и нейтрали-

затора. В процессе изучения этой темы необходимо уделить внимание

физическим явлениям, которые обусловливают процесс очистки ци-

линдров двигателя и выпуска продуктов сгорания.

Особое внимание следует обратить на мероприятия по регули-

ровкам рабочего процесса, способствующим уменьшению в выпускных

газах вредных составляющих для здоровья человека и окружающей

среды.

[1, с. 139–143; 2, с. 99–100; 3, с. 37–38]

Вопросы для самопроверки

1. Какие конструктивные особенности имеют выпускные систе-

мы для четырех-и двухтактных двигателей?

2. Как влияет увеличение гидравлического сопротивления выпу-

скной системы на показатели двигателя?

3. Какие мероприятия необходимо предусматривать для обез-

вреживания выбрасываемых в атмосферу продуктов сгора-

ния?

17

Тема 4. Показатели рабочего цикла

Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление действительного цикла. Его ана-

литическое определение для различных двигателей.

Влияние отдельных факторов на величину среднего индикатор-

ного давления. Индикаторная мощность.

Индикаторный коэффициент полезного действия. Расчетное оп-

ределение индикаторного КПД. Влияние отдельных факторов на вели-

чину индикаторного КПД. Индикаторный расход топлива. Связь между

основными параметрами, характеризующими рабочий цикл.


Основными показателями рабочего цикла, показываю-

щими эффективность преобразования тепловой энергии топ-

лива в механическую работу , являются индикаторные показа-

тели двигателя . Это среднее индикаторное давление цикла,

индикаторный КПД, индикаторный удельный расход топлива

и индикаторная мощность .

В зависимости от влияния различных факторов на про-

текание рабочего процесса индикаторные показатели двига-

теля меняются и при определенных условиях могут иметь оп-

тимальные значения .

При изучении этой темы особое внимание следует уделить ана-

лизу величин, входящих в формулы для вычисления перечисленных

18

выше параметров, и их взаимовлиянию, которое в конечном итоге от-

ражается на эффективности рабочего цикла.

[1, с. 144–182; 2, с. 103–110; 3, с. 38–42]


1. Какие факторы влияют на величину среднего индикаторного

давления?

2. Сформулируйте определения основных индикаторных показа-

телей действительного цикла.

3. Проанализируйте влияние отдельных параметров, входящих в

формулы для вычисления индикаторных показателей.

4. В чем физическое различие между теоретическим и индика-

торным КПД?

Эффективные показатели

Механические потери в двигателе. Потери на трение, их распре-

деление по основным сопряженным узлам двигателя. Потери на про-

цесс газообмена. Затраты мощности на привод вспомогательных меха-

низмов.

Среднее эффективное давление. Литровая и удельная поршневая

мощность.

Механический КПД. Зависимость механического КПД от скоро-

стного и нагрузочного режимов.

Эффективный КПД двигателя. Эффективный удельный расход

топлива. Факторы, влияющие на эффективные показатели двигателя.

19


Эффективные показатели по сравнению с индикаторными пока-

зателями рабочего цикла оценивают работу двигателя в целом. Отли-

чаются эффективные показатели от индикаторных на величину меха-

нических потерь. Необходимо подробно рассмотреть все составляющие

механических потерь, от чего они зависят и какую долю они составля-

ют от общих потерь. Особое внимание рекомендуется уделить опреде-

лению величин эффективных показателей и пределам их варьирования

у современных двигателей.

[1, с. 152–193; 2, с. 110–117; 3, с. 42–46]


1. Какие виды механических потерь существуют в двигателе?

2. Каковы методы определения механических потерь?

3. Как определить среднее эффективное давление, эффективный

удельный расход топлива и эффективный КПД?

4. Какие факторы влияют на эффективные показатели двигателя,

природа их появления?

5. Как определяются литровая и поршневая мощности двигателя

и каковы их пределы для автомобильных двигателей?

Тема 5. Характеристики автомобильных двигателей

Оборудование и аппаратура, применяемые при испытании двига-

телей, ГОСТы на методы типовых испытаний автотракторных двигате-

лей, обработка результатов испытаний. Виды характеристик: скорост-

20

ные, нагрузочные, регулировочные, регуляторные, холостого хода,

шумность двигателей.

Анализ показателей двигателя по характеристикам.

Краткие сведения по технике безопасности при проведении ис-

пытаний.


Характеристики двигателя снимаются на испытательных стендах,

оснащенных приборами. При изучении этой темы необходимо изучить

перечень параметров, которые требуется измерять, и методы измерения

и обработки результатов. Необходимо разобраться, для каких целей

снимаются характеристики и какие данные по ним анализируются.

[1, с. 193–210; 2, с. 182–192; 3, с. 80–89]


1. Изобразите на рисунке характеристики различных видов тор-

мозов.

2. Чем измеряется частота вращения коленчатого вала двигате-

ля?

3. Какие параметры измеряются при снятии скоростной характе-

ристики двигателя?

4. Почему не совпадают максимум крутящего момента, макси-

мум мощности и минимальный удельный расход топлива по

скоростной характеристике?

21

5. Какие требования необходимо соблюдать для обеспечения

техники безопасности при проведении испытаний двигателя?

Тема 6. Наддув двигателя

Применение наддува на автомобильных двигателях. Системы

наддува. Агрегаты наддува. Газотурбинный наддув. Экономические и

мощностные показатели двигателя при наддуве.


Значительное повышение удельной мощности двигателя можно

получить при применении наддува. Это достигается за счет увеличения

количества свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя. Над-

дув различают на частичный, полный и высокий. Для осуществления

нагнетания свежего заряда в цилиндры двигателя применяют осевые,

центробежные и объемные компрессоры с приводом от коленчатого

вала и от газовой турбины.

При изучении этой темы надо обратить внимание на целесооб-

разность применения наддува в зависимости от назначения двигателя и

необходимости его форсировки.

[1, с. 211–226; 2, с. 128–137]


1. Чем ограничивается возможность повышения мощности у

безнаддувных двигателей?

22

2. Назовите предельные величины давления наддува и причины

нецелесообразного его дальнейшего повышения.

3. Охарактеризуйте применяемые схемы систем наддува в авто-

мобильных двигателях.

4. Как влияет наддув на процесс наполнения цилиндров?

Тема 7. Тепловой баланс двигателя

Внутренний и внешний тепловой балансы. Распределение теп-

ла в зависимости от режима работы двигателя. Влияние основных

конструктивных и эксплуатационных параметров на теплоиспользо-

вание.


В двигателях на полезную работу используется только 20...40 %

теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Остальная же часть тепла не реализуется в эффективную работу и теря-

ется с отработавшими газами, отдается в охлаждающую среду и уно-

сится с несгоревшей частью топлива.

В теории двигателя распределение этих составляющих тепла

представляется в виде уравнения, называемого тепловым балансом

двигателя. Анализ составляющих теплового баланса двигателя при

различных режимах работы позволяет оценивать степень совершен-

ства двигателя и намечать пути совершенствования его рабочего про-

цесса.

23


1. Перечислите составляющие уравнения теплового баланса. По

каким формулам определяются его составляющие?

2. Покажите характер изменения составляющих теплового ба-

ланса двигателя в зависимости от режима его работы.

3. Назовите факторы, влияющие на перераспределение тепла по

составляющим баланса, и возможности управления ими.

4. Опишите методику экспериментального определения состав-

ляющих теплового баланса двигателя.

5. Какая доля тепла отдается в систему охлаждения?

6. Как определить долю тепла, уносимую с отработавшими газа-

ми в систему выхлопа?

Раздел II. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тема 1. Карбюрация

Роль и значение карбюрации в рабочем процессе двигателя с

принудительным зажиганием. Требования, предъявляемые к карбюра-

торам.

Рабочий процесс элементарного карбюратора. Истечение топлива

из жиклера. Коэффициент расхода жиклера. Совместное истечение то-

плива и воздуха.

Характеристика элементарного карбюратора. Корректирование

характеристики карбюратора по скоростной и нагрузочной характери-

стикам двигателя. Вспомогательные системы карбюратора. Регулир.

24

свойства топлива. Распыливание, испарение и поверхностное натяжение

топлива.


Приготовление горючей смеси в карбюраторных двигателях

осуществляется вне цилиндров в смесительной камере карбюратора.

При изучении этого вопроса необходимо обратить особое внимание на

физику приготовления рабочей смеси. Автомобильный двигатель рабо-

тает в основном в условиях постоянно меняющихся режимов. Поэтому

количество и состав смеси должен постоянно меняться.

Экономичная и мощностная регулировки карбюраторов, коэффи-

циенты избытка воздуха α при этих регулировках, требования к кар-

бюраторам – это практические знания по теории карбюрации. Важно

иметь также представление о методах корректировки характеристики

элементарного карбюратора для обеспечения различных режимов ра-

боты двигателя. Необходимо изучить вспомогательные системы кар-

бюратора, их устройство и принцип действия. Разобраться в вопросах

смесеобразования и качества приготовления горючей смеси.

[1, с. 227–234; 2, с. 118–120; 3, с. 67–79]


1. Назовите основные требования к карбюраторам.

2. Какие факторы влияют на процесс карбюрации?

3. Почему необходимо корректировать характеристику элементарно-

го карбюратора для работы двигателя на переменных режимах?

25

4. Как определить расходы воздуха через диффузор и топлива

через жиклер?

5. Что такое коэффициент расхода диффузора и жиклера и как

они определяются?

6. Изобразите характеристику элементарного карбюратора и по-

ясните методику её построения.

7. В чем заключаются регулировки карбюратора?

8. Как влияют физические свойства топлива на качество приго-

товления смеси?

9. Устройство современных отечественных карбюраторов.

Тема 2. Впрыск топлива и смесеобразование в дизелях

Способы подачи и распыливания топлива в цилиндре дизеля.

Различные способы смесеобразования при непосредственном впрыске.

Методы управления подачей топлива.

Развитие факела распыленного топлива и его взаимодействие с

потоком газа.

Однополостные и многополостные камеры сгорания. Смесеобра-

зование в вихревых камерах и предкамерах.

Топливный насос высокого давления. Характеристики подач топ-

ливных насосов. Корректирование характеристик подач.

Форсунки. Типы форсунок и распылителей. Характеристики

форсунок.

Совместная работа насоса и форсунки. Характеристика впрыска

топлива по углу поворота кулачка.

26

Регулятор частоты вращения. Характеристики двигателя при ра-

боте на двухрежимном и всережимном регуляторах. Степень нечувст-

вительности и неравномерности регулятора.


В дизеле процесс подачи топлива в цилиндр осуществляется в

течение 30...400 угла поворота коленчатого вала. Время, отводимое на

впрыск и распыливание топлива в дизелях, примерно в 8...10 раз мень-

ше, чем в карбюраторном на приготовление смеси. Это является харак-

терной особенностью этих типов двигателей, а смесеобразование назы-

вают внешним и внутренним. Впрыск топлива, распыливание и смесе-

образование в камере сгорания дизеля производится топливоподающей

аппаратурой, от совершенства которой зависят мощностные и эконо-

мические показатели автомобильных дизелей. Автотракторные двига-

тели имеют два вида топливных систем: разделенную и неразделенную.

При изучении темы необходимо обратить внимание на особенности

смесеобразования в дизелях, на отличия объемного и пленочного сме-

сеобразования, на способы дозирования топлива и корректирования их

характеристик, изучить устройство, принцип действия и характеристи-

ки различных конструкций форсунок. Для поддержания скоростного

режима работы дизеля они снабжаются регуляторами.

[1, с. 277–355; 2, с. 172–181]


1. Какие функции выполняет топливоподающая система?

27

2. Основные требования, предъявляемые к топливной аппарату-

ре дизеля?

3. Чем оценивается тонкость распыливания и дальнобойность

факела?

4. Какими параметрами оценивается процесс впрыска и как

влияет противодавление воздуха на распыливание топлива?

5. Каковы особенности объемного и пленочного смесеобразова-

ния, их преимущества и недостатки?

6. Как организуется смесеобразование в одно- и многополостных

камерах сгорания?

7. В чем особенности вихревых камер, предкамер и камеры

ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный

институт)?

8. Как дозируется цикловая подача топлива в различных типах

топливных насосов высокого давления и за счет каких конст-

руктивных элементов?

9. Корректоры характеристик подачи топлива и их принцип дей-

ствия.

10. В чем заключается основная функция форсунки и как она

осуществляется в различных её типах и конструкциях?

11. Назовите преимущества и недостатки неразделенной топлив-

ной аппаратуры.

12. Перечислите функции регулятора скорости дизеля и принцип

его работы. Требования к регуляторам скорости.

28

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Контрольная работа выполняется с соблюдением всех требова-

ний, которые предъявляются к оформлению расчетно-графических ра-

бот. Контрольное задание может быть оформлено как на компьютере,

так и чернилами в соответствии с требованиями, предъявляемыми к

оформлению научных работ. На каждой странице работы необходимо

оставлять поля шириной не менее 4 см для замечаний рецензента.

Задание на контрольную работу состоит из теплового расчета ра-

бочего цикла двигателя и расчета внешней скоростной характеристики.

Исходные данные для работы – в табл. 1 и 2. Студент должен выпол-

нить контрольное задание по варианту, номер которого соответствует

двум последним цифрам шифра его зачетной книжки.

По табл. 1 (номер варианта соответствует последней цифре шиф-

ра студента) устанавливается заданный прототип проектируемого дви-

гателя, перечень деталей и систем, которые будут рассчитываться в

курсовом проекте в следующем семестре. По табл. 2 в соответствии с

вариантом и предпоследней цифрой шифра студента устанавливается

мощность двигателя в киловаттах и соответствующая ей частота враще-

ния коленчатого вала.

Все остальные величины и коэффициенты, необходимые для

проведения расчетов, устанавливаются и обосновываются студентом

самостоятельно в соответствии с заданной конструкцией двигателя и

рекомендациями, изложенными в методических указаниях по выпол-

нению курсового проектирования. В отдельных случаях может быть

выдано индивидуальное задание на курсовое проектирование, если

студент связан по своей производственной работе с эксплуатацией, ре-

29

монтом или конструированием других типов двигателей. Индивиду-

альное задание согласовывается с руководителем курсового проекта и

утверждается заведующим кафедрой.

Таблица 1

Варианты заданий на контрольную работу

Вариант

(последняя

цифра

шифра

студента)

Тип двига-

теля и его

назначение

Рекомендуемый прототип

Число и

располо-

жение ци-

линдров

Тип охла-

ждения

Перечень

деталей и

систем,

подлежа-

щих расче-

ту*

0 К – 4 для Л.А.

М-412 4 - Р Водяное 1, 2, 7

1 К – 4 для Л.А.

ВАЗ-2103 4 - Р Водяное 1, 2, 4, 6

2 К – 4 для Л.А.

ГАЗ –24 4 - Р Водяное 1, 2, 3

3 К – 4 для Г.А.

ЗИЛ –130** 8 - V Водяное 1, 2, 5

4 Д – 4 для Г.А.

ЯМЗ -238** 8 - V Водяное 1, 2, 6

5 К – 4 для Г.А.

ЗИЛ -375** 6 - V Водяное 1, 2, 7

6 Д – 4 для Г.А.

КамАЗ-740** 8 - V Водяное 1, 2, 3

7 Д – 4 для Г.А.

Д-20** 6 - V Водяное 1, 2, 4

8 Д – 4 для Г.А.

Д-12** 12 - V Водяное 1, 2, 5

9 Д – 4 для Г.А.

ВАЗ-21045 4 - Р Водяное 1, 2, 6

___________

Примечания: * - Цифры в этой графе обозначают перечень деталей и систем, подлежащих расчету: 1 – детали поршневой группы; 2 – детали шатунной группы; 3 – механизм газораспределения; 4 – шатунная шейка коленчатого вала; 5 – система охлаждения; 6 – система смазки; 7 – топливная система. ** - Продольный и поперечный разрезы двигателя чертить по согласованию с руководителем кур-сового проекта.

Таблица 2 Варианты заданий для выполнения контрольной работы

Последняя цифра шифра студента 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Предпоследняя цифра шифра студента

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

1,,

−минnкBтP

н

e

0

600059

590055

580055

580055

1810169

3600110

2500170

3000300

2400500

580055

1 6300

65 5700

53 5800

55 5800

55 1800172

4000115

2400160

2800260

2400489

580055

2 6200

61 560052

580055

580055

1900171

4200120

5800155

2700263

2350464

580055

3 5700

5,55 575054

580055

580055

1580164

3200113

2200150

2000200

2100450

580055

4 5600

55 610060

580055

580055

2100181

4100116

2300165

2200233

2000420

580055

5 600059

585057

580055

580055

1800176

4000111

2100157

2100220

1870400

580055

6 580056

550052

580055

580055

1750173

3800113

2500168

2500235

1800357

580055

7 600058

530055

580055

580055

1800178

3900117

2600173

2600250

1500300

580055

8 6100

63 5600

53 5800

55 5800

55 2000180

4500121

2250158

2700255

2500455

580055

9 590057

580055

580055

580055

2100185

3500114

2450170

2800300

2100377

580055

31

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Основные правила испытаний двигателей и обработки резуль-

татов испытаний.

2. Регулировочные характеристики карбюраторного двигателя по

составу смеси.

3. Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания.

4. Нагрузочные характеристики карбюраторного двигателя.

5. Скоростные характеристики карбюраторного двигателя.

6. Внешняя скоростная характеристика дизеля.

7. Нагрузочные характеристики дизеля.

8. Испытание топливоподающей аппаратуры дизеля.

Для выполнения лабораторных работ по курсу «Автомобильные

двигатели» студентам необходимо изучить теорию по перечисленным в

данных методических указаниях темам, выполнить контрольную рабо-

ту и ознакомиться с правилами по технике безопасности при проведе-

нии испытаний двигателя на стенде.

После выполнения лабораторных работ, оформленные по ним от-

четы защищаются индивидуально.

Список литературы 1. Автомобильные двигатели: Учеб. / Под ред. М. С. Ховаха. М.: Машино-

строение, 1977. 591 с.

2. Артомонов М. Д., Панкратов Г. П. Теория, конструкция и расчет автотрак-

торных двигателей. М.: Машиностроение, 1963. 520 с.

3. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигате-

лей. М.: Высш. шк; 1971. 400 с.

32

Оглавление

ПРОГРАММА КУРСА………………………………………………………..3 Раздел I. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ………………………………………..3 Тема 1. Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания……………………………………………..3 Тема 2. Химические реакции топливовоздушных смесей……………...4 Тема 3. Действительные циклы…………………………………………..6 Тема 4. Показатели рабочего цикла…………………………………….17 Тема 5. Характеристики автомобильных двигателей…………………19 Тема 6. Наддув двигателя……………………………………………….21 Тема 7. Тепловой баланс двигателя…………………………………….22

Раздел II. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ…………………………………………23 Тема 1. Карбюрация……………………………………………………..23

Тема 2. Впрыск топлива и смесеобразование в дизелях……………...25 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1…………………………………………...28 ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ……………..31 Список литературы……………………………………………………………..32 __________________________________________________________________

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Программа и методические указания к изучению разделов курса

для студентов специальности 150500 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения

Басаргин Владимир Данилович

Главный редактор Л. А. Суевалова

Редактор Е. Н. Ярулина Компьютерная верстка В. Д. Басаргина, Е. Н. Ермишко

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020526 от 23.04.97

Подписано в печать 21.03.02. Формат 60х841/16. Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,8.

Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ . С 31.

Издательство Хабаровского государственного технического университета. . 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.

Отдел оперативной полиграфии издательства

Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.

33

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Хабаровск 2002

34

Министерство образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет

Утверждаю в печать И.о. ректора университета профессор

___________________А. Каминский «_____» ___________________2002 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Программа и методические указания по курсовому проекту для студентов специальности 150500

«Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения

Составитель: Басаргин В.Д.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» «____» __________________________ 2002 г.

Зав. кафедрой ДВС, д.т.н. Лашко В.А.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим советом заочного факультета «____» _____________________ 2002 г.

Председатель совета Телегин В.М.

Нормоконтролер _______________________

Хабаровск Издательство ХГТУ

2002