История развития учений о двс. Основные понятия и определения (лекция 5)

1.

Основы теории тракторных и автомобильных
двигателей
Лекция №5: История развития учений о двс.
Основные понятия и определения
[ 1-1]

2.

2. История развития и классификация автотракторных двс
Практическое применение двс:
1862 г – Н. Отто – двс с предварительным сжатием смеси.
1885 г – Г. Даймлер – бензиновый двс для мотоцикла.
1885 г – И.С. Костович – бензиновый двигатель для
воздухоплавательного аппарата.
1886 г – К. Бенц – бензиновый двигатель для экипажа.
1892 г – Р. Дизель – компрессорный дизель.
1901 г – Г.В. Тринклер – бескомпрессорный дизель.
До середины 20 века – повышение литровой мощности.
70…80 г.г. 20 века – повышение экономичности.
С 90 г.г. 20 века – снижение токсичности двс.
1906 г – В.И. Гриневецский (МВТУ) разработал метод теплового
расчета двс-основу теории двигателей. В развитие теории внесли
большой вклад Н.Р. Брилинг, Е.А. Чудаков, Е.К. Мазинг, В.А. Петров,
Б.С. Стечкин, А.С. Орлин, М.С. Ховах, В.Н. Луканин и др.
В.Н. Болтинский, А.В. Николаенко и др. – основоположники теории и
анализа режимов работы тракторных двигателей
[ 1-3]

3.

Типы двигателей
поршневые
С переменным
рабочим
объемом
роторнопоршневые
Автомобильные
и тракторные
двигатели
роторные
паровые
газотурбинные
электрические
С переменной
степенью
сжатия
солнечные
реактивные
[ 1-4]

4.

Классификация двигателей по способам смесеобразования
с впрыском во
впускной трубопровод
-центральный впрыск
-распределенный впрыск
с впрыском
легкого топлива
и воспламенением от искры
с внешним
смесеобразованием
и воспламенением
от искры
Поршневые
двигатели
внутреннего
сгорания
карбюраторные
-с гидромеханическим карбюратором
-с электронным
карбюратором
газовые
-газо
балонные
-газогенераторные
с впрыском топлива
в цилиндр
(непосредственно
в камеру сгорания)
с внутренним
смесеобразованием
и самовоспламенением (дизели)
с неразделенными
камерами
сгорания
- с объемнопленочным
смесеобразованием
-с пленочным
смесеобразованием
с разделенными
камерами
сгорания
-вихрекамерные
- предкамерные
[ 1-5]

5. 3. Действительный рабочий цикл и его диаграмма

• Современный поршневой двигатель внутреннего сгорания
(двс), как наиболее распространенный тип автотракторных
двигателей, осуществляет последовательное
преобразование тепловой энергии сгорающего топлива в
механическую работу благодаря четкому взаимодействию
трех механизмов и пяти систем:
Механизмы:
Системы
- Кривошипно-шатунный (КШМ),
-Газораспределительный
(ГРМ),
- Механизм регулирования (МР).
- питания,
-смазочная,
- охлаждения,
- зажигания,
- пуска двигателя.
Действительным рабочим циклом двс называется комплекс
периодически повторяющихся термодинамических процессов
(впуск свежего заряда, сжатие, сгорание, расширение и выпуск
отработавших газов), осуществляемых за один оборот коленвала
или два хода поршня в 2х тактных двс и за два оборота
коленвала или четыре хода поршня в 4х тактных двс
[ 1-6]

6.

Индикаторная диаграмма (И.Д.) 4хт бензинового двс (Цикл Отто,
подвод тепла при V=const)
И.Д. – характеризует изменение давления газов в цилиндре двигателя
(P,МПа) в функции надпоршневого пространства V, л.
P,
Процессы:
МПа
z
(r-a)- впуск, (a-c) – сжатие, (c-z) – сгорание
pz
(z-b) – расширение, (b-r) – выпуск
Vc - объем камеры сгорания;
Va - полный объем цилиндра;
Vh - рабочий объем цилиндра;
D - диаметр цилиндра;
S - ход поршня;
ε – степень сжатия;
λ – степень повышения давления.
c
b
r
p0
Vc
Va Vh Vc , ( 1 1)
a
Vh
Va
V, л
Va Vc Vh
V
1 h , (1 - 3)
Vc
Vc
Vc
Vh
D2
S , (1 - 2)
4
P
z , (1 - 4)
Pc
[ 1-7]

7.

И.Д. 2хт бензинового двс с кривошипно-камерной продувкой
(Цикл Отто, подвод тепла при V=const)
P,
МПа
pz
z
Процессы: (2-a) – впуск,
2- закрытие (открытие)
(1-c) - сжатие,
впускного окна;
(c-z) – сгорание,
1 – закрытие (открытие)
(z-b) – расширение,
выпускного окна.
(b-a-1) – выпуск.
VП – потерянный объем цилиндра,
в котором не совершается
полезная работа
c
VП
0,1... 0,38,
Vh
b
2
p0
1
Vc
Vh´
Vh
2´
Vп
a
Va
V, л
(1 - 5)
V´h- действительный рабочий
объем
Vh Vh VП ,
(1 - 6)
ε´- действительная степень сжатия
Vc Vh
Vh
1
,
Vc
Vc
(1 - 7)
[ 1-8]

8.

И.Д. 4хт дизеля (цикл Сабатэ-Тринклера, смешанный подвод тепла
при V=const (c-z´)и p=const (z´-z).
P
МПа z´
Vz – объем в конце сгорания
Степень предварительного расширения
z
Vz
,
Vc
L1
c
Степень последующего расширения
L2
b
r
p0
Vc
(1 - 8)
Vz
Vh
Vb
,
Vz
(1 - 9)
Vz Vb Vb Va
(1 - 10)
Vc Vz Vc Vc
Средние давления цикла:
pi – индикаторное,
pм – механических потерь,
pe – эффективное.
pe pi pм
(1 - 11)
L1 – полезная работа цикла.
L2 – затраты на насосные потери.
a
Va
V,л
pi
pe
pм
V
Индикаторная работа цикла
Li L1 L2 pi Vh .
(1 - 12)
[ 1-9]

9.

4. Вывод формулы мощности и кпд двигателя.
Индикаторная работа цикла в единицу времени характеризует
индикаторную мощность двигателя
pi Vh
Ni
,
t
(1 - 13)
где t – продолжительность цикла, с;
n – частота вращения коленвала, мин-1;
τ – тактность двигателя (2 или 4).
60 30
t
n 2
n
Для многоцилиндрового двигателя
Ni
pi Vh n i
, кВт
30
(1 - 14)
где i – число цилиндров; [pe] = [МПа], [V] = [л], [n]= [мин-1] .
Мощность механических потерь
Nм
pм Vh n i
, кВт
30
(1 - 15)
pe Vh n i
Эффективная мощность двигателя Ne
, кВт (1 - 16)
30
[ 1-10]

10.

Количество теплоты, эквивалентное индикаторной работе,
характеризуется индикаторным кпд двигателя
Li A
i
,
Qн GТ
(1 - 17)
где A – тепловой эквивалент работы;
Qн – низшая теплотворная способность топлива;
GТ — часовой расход топлива двигателем;
и определяет практическую реализацию теоретического цикла
в реальном двигателе
i t o ,
(1 - 18)
где ηt – термический кпд цикла;
η0 – относительный кпд.
Механический кпд
Ne pe
м
.
Ni
pi
(1 - 19)
Количество теплоты, эквивалентное эффективной работе,
характеризуется эффективным кпд двигателя
e i м t 0 м .
(1 - 20)
[ 1-11]

11.

Показатели
Двигатели
с искровым
зажиганием
дизели без
наддува
дизели с
наддувом
Рi, МПа
0,6…1,4
0,6…1,6
0,9…2,2
Рм, МПа
0,1…0,3
0,05…0,5
0,1…0,5
Ре, МПа
0,5…1,1
0,55…1,15
0,7…1,75
ηi
0,26…0,35
0,38…0,45
0,40…0,50
ηм
0,70…0,90
0,70…0,82
0,80…0,90
ηе
0,21…0,31
0,28…0,39
0,34…0,42
Методы повышения эффективности цикла:
- увеличение ηi рациональным выбором параметров цикла
(ε, λ, ρ, δ и т.д.);
- повышение ηe путем максимального приближения
действительного цикла к теоретическому;
- увеличение ηм совершенствованием конструкции двигателя,
точности изготовления деталей, улучшением режима
смазывания и т.п.
[ 1-12]