Автомобильные двигатели. Теория автомобильных двигателей. Питание двигателей: Программа и методические указания к изучению разделов курса

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 1

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 сгорания». Включает программу первой части курса, вопросы для самопроверки, контрольную работу, список литературы.

Печатается в соответствии с решениями кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» и методического совета заочного факультета.

© Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

2

Общие сведения Программа курса «Автомобильные двигатели» предусматривает изучение трех основных разделов: теорию автомобильных двигателей (раздел I); питание двигателей (раздел II); конструкцию и расчет автомобильных двигателей (раздел III). После изучения теоретических разделов курса и выполнения цикла лабораторных работ выполняется курсовой проект, который требует знаний по всем трем разделам изучаемой 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 сопоставлению между собой показателей изучаемых циклов и оценке их по коэффициентам полезного действия. [1, с. 13 – 28; 2, с. 10 –22]

Вопросы и задания для самопроверки 1. Изобразите теоретические циклы с подводом тепла при постоянном объеме, при постоянном давлении и со смешанным подводом тепла 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 диаграммам анализируемых циклов. 6. Дайте определение коэффициентов предварительного и последующего расширения. Покажите их влияние на показатели цикла. Тема 2. Химические реакции топливовоздушных смесей Реакция сгорания жидкого и газообразного топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива. Коэффициент избытка воздуха. Характеристики топлива. Состав горючей смеси. Полное и неполное сгорание топлива. Количество и состав продуктов сгорания. Коэффициент молекулярного изменения. Теплота сгорания топлива и горючей смеси. Зависимость теплоты сгорания горючей смеси от состава и коэффициента избытка воздуха. Теплоемкость свежего заряда и продуктов сгорания.

4

Методические указания В автомобильных двигателях, главным образом, используется топливо нефтяного происхождения, которое состоит в основном из углерода и водорода. Изучение процесса сгорания сводится к рассмотрению реакций, происходящих между углеродом, водородом и кислородом. Поэтому, зная условия протекания этих реакций, важно уметь определять 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.] Вопросы и задания для самопроверки 1. Получите зависимость для определения теоретически необходимого 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? 5

6. Высшая и низшая теплота сгорания топлива, как подсчитать низшую теплоту сгорания топлива? 7. Зная состав горючей смеси, как определить её теплоту сгорания? 8. В чем заключается физическое понимание теплоемкости рабочей смеси и продуктов сгорания? Тема 3. Действительные циклы Характер протекания действительных циклов и их основные отклонения от теоретических циклов. Индикаторные диаграммы действительных циклов в четырех-и двухтактных двигателях. Особенности протекания действительного цикла в двигателе с воспламенением от сжатия. Фазы газораспределения. Методические указания Протекание действительного цикла в автомобильных двигателях значительно отличается от теоретического. Осуществление действительного цикла по сравнению с теоретическим связано не только с конструктивными особенностями двигателя, но и со значительными дополнительными тепловыми и гидравлическими потерями. К потерям относятся: 1) работа, затраченная на осуществление впуска и очистку цилиндров двигателя от продуктов сгорания; 2) теплообмен между рабочим 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.

6

Подвод тепла в процессе сгорания топлива и отвод тепла с выпускными газами происходит в действительном цикле на протяжении определенного времени, а не мгновенно, как в теоретическом. Отличие действительного цикла от теоретического состоит также в том, что теплоемкость реального рабочего тела изменяется с изменением температуры, тогда как в теоретическом цикле предполагается, что рабочее тело является идеальным газом и его теплоемкость не зависит 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] Вопросы и задания для самопроверки 1. Какие физические явления при осуществлении действительных циклов способствуют тому, что они отличаются от теоретических? 2. Изобразите индикаторные диаграммы действительных циклов двигателей с воспламенением топлива от искры и самовоспламенением 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 сопротивления впускной системы, подогрев заряда, остаточные газы.

7

Определение температуры и давления в конце впуска. Коэффициент наполнения. Наполнение в двухтактных двигателях. Действительная и условная степень сжатия. Коэффициент утечки и продувки, числовые значения параметров процесса впуска. Методика расчета процесса газообмена на основе уравнения баланса энергии. Методические указания Основными физическими явлениями, влияющими на параметры впуска рабочего заряда в цилиндры двигателя, являются гидравлические сопротивления впускной системы двигателя, подогрев свежего заряда 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 невозможности полного заполнения цилиндров двигателя. Более полное использование объемов цилиндров приводит к увеличению количества рабочего заряда и увеличению показателей рабочего цикла двигателя. Эффективность процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения, поэтому необходимо ознакомиться с выводом уравнения для определения коэффициента наполнения и оценить факторы, влияющие на этот показатель. Особенности наполнения двухтактных двигателей связаны с действительной и условной степенями сжатия и с утечками заряда в процессе продувки. Необходимо изучить основные схемы продувки и разобраться в методике расчета процесса газообмена на основании уравнения баланса энергии.

8

[1, с. 67–92; 2, с. 62–69; 3, с. 19–25] Вопросы и задания для самопроверки 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 цилиндров 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 процесса сжатия в действительном и термодинамическом циклах. Теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия. Показатель политропы сжатия, его изменение в процессе сжатия. Экспериментальные методы определения параметров процесса сжатия. Методические указания Для сгорания топлива, поступившего в цилиндры двигателя, необходимо обеспечить соответствующие температуру и давление свежего заряда, для чего свежий заряд после закрытия впускного клапана 9

сжимается при перемещении поршня до верхней мертвой точки. В конце сжатия достигаются необходимые значения температуры и давления, которые зависят от типа двигателя. В процессе сжатия происходит теплообмен между свежим зарядом и стенками цилиндра двигателя. Необходимо обратить внимание на физику явления теплообмена и уяснить причины и характер отличий сжатия действительного цикла и теоретического. Обосновать справедливость принятого для расчетов среднего показателя политропы сжатия. Особое внимание следует обратить на факторы, влияющие на процесс сжатия. [1, с. 98–100; 2, с. 69–72; 3, с. 25–28] Вопросы и задания для самопроверки 1. С какой целью необходимо производить сжатие свежего заряда? 2. Назовите отличия в протекании процесса сжатия действительного 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 величину показателя политропы сжатия. 6. Проведите анализ зависимости для определения давления в конце процесса сжатия и выделите наиболее значимые параметры, от которых оно зависит.

10

7. Приведите порядок значений величин температуры и давлений в конце сжатия для дизеля и двигателя с искровым зажиганием. Процесс сгорания в двигателях Физико-химическая сущность процесса сгорания горючей смеси в цилиндре двигателя. Самовоспламенение топливовоздушных смесей и распространение пламени. Концентрационные пределы воспламенения смеси, их физико-химическая сущность. Ламинарное, турбулентное 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 тепловыделения. Диссоциация продуктов сгорания. Теплоотдача в стенки камеры сгорания. Влияние основных конструктивных факторов на процесс сгорания в карбюраторных двигателях: степени сжатия, формы камеры сгорания, количества и расположения свечей зажигания, размеров цилиндра, материалов основных деталей, замыкающих объем камеры сгорания. Влияние основных эксплуатационных факторов: состава горючей смеси, угла опережения зажигания, числа оборотов, степени дросселирования, интенсивности охлаждения, нагарообразования, технического состояния двигателя.

11

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 детонации. 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 максимальное 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 температуры конца видимого сгорания, степени повышения давления, предварительного расширения. Числовые значения этих параметров в двигателях с искровым зажиганием и в дизелях. Методические указания Физико-химическая сущность сгорания заключается в том, что при определенных температурных условиях происходят интенсивные реакции между топливом и кислородом воздуха. При этом меняется состав, выделяется тепловая энергия и протекает нарастающий процесс распространения пламени по всей камере сгорания.

12

Воспламенение и распространение пламени в цилиндре двигателя зависит от концентрационных пределов воспламенения смеси, которые оцениваются коэффициентом избытка воздуха. Следует обратить внимание на различие концентрационных пределов для различных видов топлива. Скорость нарастания давлений зависит от тепловыделения, следует разобраться в

механизме закона тепловыделения и факторах,

влияющих на него. Необходимо усвоить причины возникновения детонации 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 температура 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] Вопросы и задания для самопроверки 1. Какие основные физические и химические явления определяют процесс сгорания в цилиндре двигателя? 2. Почему различные виды топлива имеют различные концентрационные пределы воспламенения? Каковы числовые значения концентрационных пределов воспламенения для топлива, используемого в автотракторных двигателях? 3. Как распространяется пламя в камере сгорания двигателя?

13

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 появление? 8. В чем сказывается отрицательное влияние детонационного горения, т. е. преждевременного воспламенения горючей смеси, на работу двигателя? 9. В чем отличия в процессах сгорания топлива в дизеле и карбюраторном двигателе? 10. Объясните явление задержки воспламенения топлива в дизелях и назовите пределы её изменения. 11. В чем заключается методика составления уравнения теплового 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 теплоиспользование. Показатель политропы и его изменение в процессе

14

расширения. Расчетное определение давления и температуры конца расширения. Методические указания Процесс расширения газов в действительном цикле отличается от предусматриваемого расширения газов в теоретическом цикле. Необходимо рассмотреть эти отличия, с тем чтобы обоснованно выбирать показатель политропы расширения, изучить методику вывода формул для определения температуры и давления в конце расширения и уяснить, какие факторы влияют на эти параметры. [1, с. 136–138; 2, с. 96–99; 3, с. 33–37] Вопросы и задания для самопроверки 1. Почему отличаются процессы расширения в действительном и теоретическом циклах? 2. Почему в действительном цикле принимают значение показателя политропы расширения средним? 3. Изучите методику вывода формул для вычисления температуры и давления в конце расширения и запомните, в каких пределах они лежат у автомобильных двигателей. Процесс выпуска в двигателях Характер протекания процесса выпуска. Гидравлические сопротивления в выпускной системе. Факторы, влияющие на величину потерь при выпуске. 15

Конструктивные мероприятия по экологии в отношении токсичности выхлопа, шума и вибраций. Методические указания Рабочий цикл двигателя завершается процессом выпуска. Система выпуска газов осуществляет не только очистку цилиндров от отработавших газов, но и выполняет функции глушения шума и нейтрализатора. В процессе изучения этой темы необходимо уделить внимание физическим явлениям, которые обусловливают процесс очистки цилиндров двигателя и выпуска продуктов сгорания. Особое внимание следует обратить на мероприятия по регулировкам 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 системы для четырех-и двухтактных двигателей? 2. Как влияет увеличение гидравлического сопротивления выпускной системы на показатели двигателя? 3. Какие мероприятия необходимо предусматривать для обезвреживания выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания?

16

Тема 4. Показатели рабочего цикла Индикаторные показатели Среднее индикаторное давление действительного цикла. Его аналитическое определение для различных двигателей. Влияние отдельных факторов на величину среднего индикаторного давления. Индикаторная мощность. Индикаторный коэффициент полезного действия. Расчетное определение индикаторного КПД. Влияние отдельных факторов на величину индикаторного КПД. Индикаторный расход топлива. Связь между основными параметрами, характеризующими рабочий цикл. Методические указания Основными показателями рабочего цикла, показывающими эффективность преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу, являются индикаторные показатели двигателя. Это среднее индикаторное давление цикла, индикаторный КПД, индикаторный удельный расход топлива и индикаторная мощность. В зависимости от влияния различных факторов на протекание рабочего процесса индикаторные показатели двигателя меняются и при определенных условиях могут иметь оптимальные значения. При изучении этой темы особое внимание следует уделить анализу величин, входящих в формулы для вычисления перечисленных

17

выше параметров, и их взаимовлиянию, которое в конечном итоге отражается на эффективности рабочего цикла. [1, с. 144–182; 2, с. 103–110; 3, с. 38–42] Вопросы и задания для самопроверки 1. Какие факторы влияют на величину среднего индикаторного давления? 2. Сформулируйте определения основных индикаторных показателей действительного цикла. 3. Проанализируйте влияние отдельных параметров, входящих в формулы для вычисления индикаторных показателей. 4. В чем физическое различие между теоретическим и индикаторным КПД? Эффективные показатели Механические потери в двигателе. Потери на трение, их распределение по основным сопряженным узлам двигателя. Потери на процесс газообмена. Затраты мощности на привод вспомогательных механизмов. Среднее эффективное давление. Литровая и удельная поршневая мощность. Механический КПД. Зависимость механического КПД от скоростного и нагрузочного режимов. Эффективный КПД двигателя. Эффективный удельный расход топлива. Факторы, влияющие на эффективные показатели двигателя.

18

Методические указания Эффективные показатели по сравнению с индикаторными показателями рабочего цикла оценивают работу двигателя в целом. Отличаются эффективные показатели от индикаторных на величину механических потерь. Необходимо подробно рассмотреть все составляющие механических потерь, от чего они зависят и какую долю они составляют от общих потерь. Особое внимание рекомендуется уделить определению величин эффективных показателей и пределам их варьирования у современных двигателей. [1, с. 152–193; 2, с. 110–117; 3, с. 42–46] Вопросы и задания для самопроверки 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 двигателей, ГОСТы на методы типовых испытаний автотракторных двигателей, обработка результатов испытаний. Виды характеристик: скорост-

19

ные, нагрузочные, регулировочные, регуляторные, холостого хода, шумность двигателей. Анализ показателей двигателя по характеристикам. Краткие сведения по технике безопасности при проведении испытаний. Методические указания 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] Вопросы и задания для самопроверки 1. Изобразите на рисунке характеристики различных видов тормозов. 2. Чем измеряется частота вращения коленчатого вала двигателя? 3. Какие параметры измеряются при снятии скоростной характеристики двигателя? 4. Почему не совпадают максимум крутящего момента, максимум мощности и минимальный удельный расход топлива по скоростной характеристике?

20

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. Методические указания Значительное повышение удельной мощности двигателя можно получить при применении наддува. Это достигается за счет увеличения количества свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя. Наддув 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 целесообразность применения наддува в зависимости от назначения двигателя и необходимости его форсировки. [1, с. 211–226; 2, с. 128–137] Вопросы и задания для самопроверки 1. Чем ограничивается возможность повышения мощности у безнаддувных двигателей?

21

2. Назовите предельные величины давления наддува и причины нецелесообразного его дальнейшего повышения. 3. Охарактеризуйте применяемые схемы систем наддува в автомобильных двигателях. 4. Как влияет наддув на процесс наполнения цилиндров? Тема 7. Тепловой баланс двигателя Внутренний и внешний тепловой балансы. Распределение тепла в зависимости от режима работы двигателя. Влияние основных конструктивных и эксплуатационных параметров на теплоиспользование. Методические указания 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 теряется с отработавшими газами, отдается в охлаждающую среду и уносится 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 совершенства двигателя и намечать пути совершенствования его рабочего процесса.

22

Вопросы и задания для самопроверки 1. Перечислите составляющие уравнения теплового баланса. По каким формулам определяются его составляющие? 2. Покажите характер изменения составляющих теплового баланса 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 составляющих теплового баланса двигателя. 5. Какая доля тепла отдается в систему охлаждения? 6. Как определить долю тепла, уносимую с отработавшими газами в систему выхлопа? Раздел II. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Тема 1. Карбюрация Роль и значение карбюрации в рабочем процессе двигателя с принудительным зажиганием. Требования, предъявляемые к карбюраторам. Рабочий процесс элементарного карбюратора. Истечение топлива из жиклера. Коэффициент расхода жиклера. Совместное истечение топлива и воздуха. Характеристика элементарного карбюратора. Корректирование характеристики карбюратора по скоростной и нагрузочной характеристикам двигателя. Вспомогательные системы карбюратора. Регулир.

23

свойства топлива. Распыливание, испарение и поверхностное натяжение топлива. Методические указания 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 работает в основном в условиях постоянно меняющихся режимов. Поэтому количество и состав смеси должен постоянно меняться. Экономичная и мощностная регулировки карбюраторов, коэффициенты 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 работы двигателя. Необходимо изучить вспомогательные системы карбюратора, 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] Вопросы и задания для самопроверки 1. Назовите основные требования к карбюраторам. 2. Какие факторы влияют на процесс карбюрации? 3. Почему необходимо корректировать характеристику элементарного карбюратора для работы двигателя на переменных режимах?

24

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 поясните методику её построения. 7. В чем заключаются регулировки карбюратора? 8. Как влияют физические свойства топлива на качество приготовления 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. Смесеобразование в вихревых камерах и предкамерах. Топливный насос высокого давления. Характеристики подач топливных насосов. Корректирование характеристик подач. Форсунки. Типы форсунок и распылителей. Характеристики форсунок. Совместная работа насоса и форсунки. Характеристика впрыска топлива по углу поворота кулачка.

25

Регулятор частоты вращения. Характеристики двигателя при работе на двухрежимном и всережимном регуляторах. Степень нечувствительности и неравномерности регулятора. Методические указания 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 меньше, чем в карбюраторном на приготовление смеси. Это является характерной особенностью этих типов двигателей, а смесеобразование называют внешним и внутренним. Впрыск топлива, распыливание и смесеобразование в камере сгорания дизеля производится топливоподающей аппаратурой, от совершенства которой зависят мощностные и экономические показатели автомобильных дизелей. Автотракторные двигатели имеют два вида топливных систем: разделенную и неразделенную. При изучении темы необходимо обратить внимание на особенности смесеобразования в дизелях, на отличия объемного и пленочного смесеобразования, на способы дозирования топлива и корректирования их характеристик, изучить устройство, принцип действия и характеристики различных конструкций форсунок. Для поддержания скоростного режима работы дизеля они снабжаются регуляторами. [1, с. 277–355; 2, с. 172–181] Вопросы и задания для самопроверки 1. Какие функции выполняет топливоподающая система?

26

2. Основные требования, предъявляемые к топливной аппаратуре 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 смесеобразования, 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 конструктивных элементов? 9. Корректоры характеристик подачи топлива и их принцип действия. 10. В чем заключается основная функция форсунки и как она осуществляется в различных её типах и конструкциях? 11. Назовите преимущества и недостатки неразделенной топливной аппаратуры. 12. Перечислите функции регулятора скорости дизеля и принцип его работы. Требования к регуляторам скорости.

27

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Контрольная работа выполняется с соблюдением всех требований, которые предъявляются к оформлению расчетно-графических работ. 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 рабочего цикла двигателя и расчета внешней скоростной характеристики. Исходные данные для работы – в табл. 1 и 2. Студент должен выполнить контрольное задание по варианту, номер которого соответствует двум последним цифрам шифра его зачетной книжки. По табл. 1 (номер варианта соответствует последней цифре шифра студента) устанавливается заданный прототип проектируемого двигателя, 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 вращения 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 выполнению курсового проектирования. В отдельных случаях может быть выдано индивидуальное задание на курсовое проектирование, если студент связан по своей производственной работе с эксплуатацией, ре-

28

монтом или конструированием других типов двигателей. Индивидуальное задание согласовывается с руководителем курсового проекта и утверждается заведующим кафедрой. Таблица 1 Варианты заданий на контрольную работу Вариант

Тип двига-

(последняя

теля и его

цифра

назначение

Рекомендуемый Число и прототип располо-

шифра

Тип охла-

Перечень

ждения

деталей и

жение ци-

систем,

линдров

подлежа-

студента)

щих расчету*

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

К–4 для Л.А. К–4 для Л.А. К–4 для Л.А. К–4 для Г.А. Д–4 для Г.А. К–4 для Г.А. Д–4 для Г.А. Д–4 для Г.А. Д–4 для Г.А. Д–4 для Г.А.

М-412

4-Р

Водяное

1, 2, 7

ВАЗ-2103

4-Р

Водяное

1, 2, 4, 6

ГАЗ –24

4-Р

Водяное

1, 2, 3

ЗИЛ –130**

8-V

Водяное

1, 2, 5

ЯМЗ -238**

8-V

Водяное

1, 2, 6

ЗИЛ -375**

6-V

Водяное

1, 2, 7

КамАЗ-740**

8-V

Водяное

1, 2, 3

Д-20**

6-V

Водяное

1, 2, 4

Д-12**

12 - V

Водяное

1, 2, 5

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 курсового проекта.

29

Предпоследняя цифра шифра студента

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 Pe , кBт n н , мин −1

59 6000 65 6300 61 6200 55,5 5700 55 5600 59 6000 56 5800 58 6000 63 6100 57 5900

Таблица 2 Варианты заданий для выполнения контрольной работы Последняя цифра шифра студента 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт Pe , кBт −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин n н , мин −1

55 5900 53 5700 52 5600 54 5750 60 6100 57 5850 52 5500 55 5300 53 5600 55 5800

55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800

55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800

169 1810 172 1800 171 1900 164 1580 181 2100 176 1800 173 1750 178 1800 180 2000 185 2100

110 3600 115 4000 120 4200 113 3200 116 4100 111 4000 113 3800 117 3900 121 4500 114 3500

170 2500 160 2400 155 5800 150 2200 165 2300 157 2100 168 2500 173 2600 158 2250 170 2450

300 3000 260 2800 263 2700 200 2000 233 2200 220 2100 235 2500 250 2600 255 2700 300 2800

500 2400 489 2400 464 2350 450 2100 420 2000 400 1870 357 1800 300 1500 455 2500 377 2100

55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800 55 5800

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Основные правила испытаний двигателей и обработки результатов 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 работу и ознакомиться с правилами по технике безопасности при проведении испытаний двигателя на стенде. После выполнения лабораторных работ, оформленные по ним отчеты 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.

31

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.

32

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Хабаровск 2002

33

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 34