Силовые агрегаты и двигатели

1. «Силовые агрегаты и двигатели» Препод. Штайн Геннадий Вольфович

курсовая работа, экзамен

2. Целевая установка на курс:

Оценка конструктивных
и эксплуатационных свойств
энергетических установок
ТТМ и О

3.

ЛИТЕРАТУРА
(основная)
1. Двигатели внутреннего сгорания.
Под редакцией В.Н. Луканина в3кн.М.2007.
370 с, 320 с, 247 с.
2.Колчин А.И. Демидов В.П. Расчет автомобильных и
тракторных двигателей. М.2003.445с.
3. Штайн Г.В. Расчет теплового двигателя.
Учебное пособие. ТюмГНГУ. Эл. вар. 2014. 97с.

4.

«Силовой агрегат»комплекс механизмов и систем
теплового двигателя а также
дополнительных агрегатов и
навесного оборудования

5. Силовой агрегат – (энергоустановка):

• автомобильный
двигатель+сцепление+коробка передач силовой агрегат– автомобиль;
• двигатель внутреннего сгорания (ДВС) –
• транспортно-технологическая машина.
• ДВС+Генератор – бензо-генераторная или
дизель-генераторная установка.
• Гибридная ЭУ – ДВС+Генератор+А.Б.

6. Автомобильный поршневой двигатель

7. Автомобильный роторный двигатель

8.

Автомобильный силовой агрегат

9.

Энергоустановка Урал Маш 5Д:
1,2,3,4,5 – дизели В-2; 6,7 – дизель-генераторные установки; 9,10,11 –
агрегаты трансмиссии; 12 – компрессор; 13 – лебедка.

10. ДВС транспортно-технологической машины

11. Газотурбинный двигатель

12. Газотурбинный силовой агрегат

13. Дизель-генераторная установка

14. Автомобиль с гибридной энергоустановкой

15. ТЕСТ (отношение к данной дисциплине)

1. Я думаю, что все учебные
дисциплины важны для будущей
профессии- главное их «сдать»,
«закрыть».
2. Я думаю, что данная дисциплина
представляет лично для меня
интерес.
3. Мне все равно, особого интереса к
этой дисциплине не испытываю, как
нибудь сдам.

16. Техническая характеристика двигателя…………

Nп/
п
Показатель
Обозначение
1
2
Номинальная мощность
Номинальная частота
вращения
Максимальный
вращающий момент при
частоте вращения
Тип двигателя
Компоновка двигателя
Число цилиндров
Размерность двигателя
Диаметр цилиндра
Ход поршня
Тип камеры сгорания
Число одноименных
клапанов и их привод
Тип охлаждения
двигателя
Наличие наддува
Степень сжатия двигателя
Литраж двигателя
Ре, кВт
n, мин-1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11
12
13
14
Te, Hм
n, мин-1
Д.И.З.(Дизель)
Р (V)
i
S/D
D,мм
S,мм
Жидкостное
(воздушное)
ε
Vл, л
Численное
значение

17. ЧТО ГЛАВНОЕ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИЧЕЛОВЕКА?

1. СПЕРВА-ТЕОРИЯ ВОПРОСА, ЗАТЕМПРАКТИКА
2. СПЕРВА- ПРАКТИКА, ЗАТЕМ-ТЕОРИЯ.

18.

« Теория - полководец,
практика - солдат, друг без друга
они существовать не могут»
Г. Галилей

19.

«Те, кто увлекается практикой,
не имея знаний, подобны морякам,
вступающим на корабль без руля и
компаса и никогда не знающим твердо,
куда они плывут.»
Леонардо да Винчи

20.

«Нет ничего более практичного,
чем хорошая теория».
Академик Б.С. Стечкин
«моторист №1» Советского Союза

21. Структура курса

3.
Мехатроника
1.
Цикл
(топл.
эконом.)
(ЭСУД+
ТАВД)
4.
Экспл. характ.
(Тюнинг)
5.
Экологич.
характеристика
ДВС
2.
Газообмен
(наддув)
7.
Системы
ДВС
1.2.3.4.5.6.7.
Проект
(компоновка
6.
ДВС)
Динамика
(расчет на
прочность)

22. Аттестация на 6 семестр (экзамен, курсовая работа, лаб. раб.+ практ. зан.)

• 1. Техническое задание на
проектирование двигателя;
• расчет и математическое
моделирование рабочих процессов
проектируемого двигателя.
• 2. Кинематический и динамический
расчеты проектируемого двигателя.
• 3. Компоновка двигателя (сборочный
чертеж).

23. Рейтинговая система аттестации студентов по дисциплине: 6семестр

Контр. Лекции
точка
Лаб.
раб.
Курс.
работа
1. Атт.
Кл.р*10
Кср*25 К *5 Ктест*10 25+
Кл.р*
(3своевр.вып+
Своевр
Кл *5
Кл*(3конс+2актвопр.)
НИР
Тестир.
Всего
баллов
нир
25
2отч)
2.Атт.
Кл *5
Кл*(3конс+2актвопр.)
Кл.р*10
Кср*25 К *5 Ктест*10 25+
Кл.р*
(3своевр.
Своевр
нир
25
вып+2отч)
3.Атт.
Кл *5
Кл*(3конс+2акт.
вопр.)
Кл.р*10
Кср*50 К *5 Ктест*20 50+
Кл.р*
(3своевр.
Своевр.
вып.+2отч)
нир
Высткон
ф
.
Своевр. сдача
КР*10
50

24. Коэффициенты весомости контрольных точек

Коэффициенты весомости
контрольных точек
Кл =0…1,0;
( 0 0 , 5 0 , 5 ) 24
К
0
,
6
тест
40
Кл.р=0,5…1,0;
БалТест=0,6*24=14,4
Кк.р=0,5…1,0;
(1 0 ,8 0 , 9 0 ) 24
Книр =0…1,0;
К
1,62
тест
40
БалТест=1,62*24=38
К тест
К факт Балтест. факт
Бал .тестmax

25. Тематика НИР

1. Регулирование фаз газораспределения.
2. Регулирование наддува.
3.Регулирование степени сжатия.
4.Бездроссельное управление Д.И.З.
5.Высокотемпературное охлаждение двигателя.
6.Формирование эксплуатационных характеристик.
7.Управление процессом сгорания.
8.Особенности работы двигателей на биотопливе.
9. Рециркуляция газов.
10. Использование водотопливных эмульсий.
11. Отключение цилиндров.
12.Пределы форсирования двигателя марки… по мощности
13.Регулирование частоты вращения ДГУ.
14. Особенности зимней эксплуатации современных ТТМ с
системой «Common Rail».
• 15.Гибридные энергоустановки, особенности их эксплуатации.
• 16. Повышение КПД современных энергоустановок.

26. Содержание НИР

• 1.Обзор периодической и патентной литературы за
последние 5…10 лет.
• 2.Обоснование актуальности и цели
представляемой работы.
• (отчет)-1атт.
• 3.Расчеты или эксперимент
• (отчет) -2 атт.
• 4.Обсуждение результатов НИР в КБ.
• 5. Выводы.
• 6. Список использованной литературы.
• (итоговый отчет) -3 атт.

27.

Этапы проектирования ДВС
1.Требования к ДВС
• а - надежность (противоречие с
совершенствованием конструкции),
• б - топливная экономичность (противоречие с
экологическими показателями),
• в - экологические показатели -соответствие
нормам «ЕВРО» (противоречие с топливной
экономичностью и возможностью
форсирования),
• г - хорошие пусковые качества (противоречие с
« ε» и «D»)

28.

улучшение
топл.экономич.
улучшение пусков. качеств
D

29.

Проектирование ДВС включает этапы:
• а- проектирование и создание нового
образца,
• б- испытание и доводка конструкции
ДВС,
• в- организация серийного производства.

30. Техническое задание

• 1. Мощность двигателя и номинальная
частота вращения.
• 2. Тип двигателя (Д.И.З. или дизель).
• 3. Компоновка двигателя (P или V).
• 4. Число цилиндров.
• 5. Размерность - S/D (S=?;D=?.)
• 6. Тип камеры сгорания.
• 7. Число одноименных клапанов и их
привод

31.

• 8. Тип охлаждения двигателя
(жидкостное или воздушное).
• 9. Наличие наддува.
• 10. Степень сжатия двигателя.
• 11. Литровая мощность двигателя.
• 12. Литраж двигателя.
• 13. Тепловая и механическая
напряженности двигателя.

32.

• 14. Экологические показатели.
• 15. Эффективный удельный расход
• топлива.

33. Определение эффективной номинальной мощности автомобильного двигателя

Pe.max
(ma g k SV 2max ) Vmax
, кВт
3
тр 10
Ψ=0,01…0,02
ηтр =0,8…0,9

34. Значения показателей «К» и «S”

К, Нс2/м4
Тип
автомобиля
0,2…0,3
Легковой
Грузовой
(ТТМ)
Автобус
S, м2
1,5…2,0
0,5…0,7
3,0…6,5
0,35…0,45
3,0…7,5

35. Определение эффективной эксплуатационной мощности двигателя ТТМ(строительно-дорожной машины)

(ma g FТ ) Vэкс .
Pe.экс .
, кВт
3
тр 10
Vэкс.=?

36. Для ориентировочной оценки можно пользоваться статистическими данными по удельной мощности Э.У.

• Руд.=Ре.мах / ma , кВт/кг;
• Легк. авт. - Руд =(50…65)*10-3,
• Груз.авт. - Руд =(12…15)*10-3,
• (ТТМ)
• Автобусы - Руд =(15…17)*10-3,

37. Литровая мощность двигателя:

Д.И.З.- 50…70 кВт/л;
Дизели без наддува - 15…12 кВт/л;
Дизели с наддувом - 15…25 кВт/л.
(в расчетах принимать максим.
значения).

38.

Выбор типа ДВС (Д.И.З. или ДИЗЕЛЬ)
Использование дизелей:
• Германия - автобусный парк-100%,
грузовой - 70%, легковой -40; Всего - 60%
парка.
• Япония - автобусный парк -90%,
грузовой -40%, легковой -15%; Всего -25%.
• США - автобусный парк -70%, грузовой
-70%, легковой -25%; Всего - 25%.
• Россия - Всего - 20%.

39.

Выбор числа цилиндров «i»
зависит от литража двигателя:
Литраж определяет
---i=4.
• Vл <3л
• Vл =3…5л ---i=6.
• Vл >5л ------i=8.
• Vл <7л ---- i=4.
• Vл =7 …12л ---i=6.
Vл>20л ---i=12
Vл=12…20л---i=8.
D
Д.И.З.
Дизели

40. Основные размеры поршневого двигателя:

D- диаметр цилиндра,
S- ход поршня,
S/D- размерность двигателя,
S/D =0,9…1,4 -Дизели,
S/D =0,7…1,0 -Д.И.З.
Vh
D 10 1.275
3
S
D
2

41. Поршневая мощность двигателя,кВт/дм2 (тепловая напряженность)

• Рп=
Ре/ (i*Fп); i*Fп =i*Vh/S;
Pп = ре*сп / t, ( t-тактность двигателя);
Д.И.З.- 20…40;
Дизели без наддува - 10…20,
Дизели с наддувом - 20…30.
(При Рп >20 кВт/дм2 для дизелей
требуется масляное охлаждение поршня)

42. Критерии напряженности двигателя

1
Р
п=
Ре / (i*D), кВт/см;
Поршни автотракторных двигателей,
хорошо зарекомендовавших себя в
эксплуатации, имеют
1
Р
п=
1,5…3,0 кВт/см.

43. Средняя скорость поршня, м/с

Сп =S*n/30
Cп = 6…12 м/с

44. Обоснование оптимальной степени сжатия

420
130 О.Ч . 0 ,125D
D 72
4 , 2 0 , 095D
23
Д.И.З.
Дизели

45. Обоснование ОЧ топлива для Д.И.З.

413
ОЧ 125,4
0,183 D

46. Обоснование оптимального эффективного удельного расхода топлива

Дизель:
be
D 72
2 , 08 0 , 042D
190, г / кВт .ч
Д.И.З:
be
D 72
2 , 08 0 , 042D
210, г / кВт.ч

47. Техническое задание на проектирование двигателя

№
Наименование параметра
1
Мощность номинальная/при частоте вращения, кВт/мин-1
2
Тип двигателя
3
Компоновка двигателя
4
Число цилиндров
5
Размерность:
Диаметр цилиндра/ход поршня , мм/мм
Тип камеры сгорания
6
Величина

48.

7
Литровая мощность двигателя, кВт/л
8
Литраж двигателя, л
9
Степень сжатия
10 Тепловая напряженность двигателя, кВт/дм2
11 Механическая напряженность двигателя, кВт/см
12 Эффективный удельный расход топлива, г/кВт.ч
13 Евростандарт-5

49. Тема.

«Топливная
экономичность ДВС»
Целевая установка:
анализ теоретических циклов
тепловых двигателей по топливной
экономичности.

50. Основные понятия и определения

Тепловой двигатель:
Цикл:
Такт:
Рабочий объем цилиндра:Vh
Объем камеры сгорания: Vc
Полный объем цилиндра: Va
Степень сжатия: ε =Va / Vc
• К.П.Д.- теплоиспользование

51. Цикл Карно (1824г.)

р
Цикл Карно (1824г.)
изотерма
1(T1)
q1
А
4(Т2)
q2
2(T1)
адиабата
3(Т2)
V

52.

С. Карно (1796-1832)

53. Термический КПД (ηt)

t
q
q1 q2
q1
t 1
1
2
1
q2
q1

54. Теоретические циклы допущения:

• 1. Рабочее тело не сменяемо (процессы
происходят в замкнутом цикле).
• 2. Нет теплообмена с окружающей
средой (стенки цилиндра
теплонепроницаемы).
• 3. Процесс сгорания заменяется
подводом теплоты по определенному
термодинамическому процессу

55. Теоретические циклы

• 1. Цикл Н. Отто (ДВС с И.З.).
• 2. Цикл Г. Тринклера (ДВС с
самовоспламенением от сжатия).
• 3. Цикл Р.Дизеля (ГТД. Дизели.
Компрессоры).

56.

Николаус Отто (1832-1891)

57. Двигатель, запатентованный Н. Отто в 1876г.

58.

Н. Отто

59. Теоретический цикл Д.И.З. (Цикл Отто)

р
z
Pvk=const
q1
c
A
b
a
Vc
Vh
q2
v

60. Термический КПД цикла

t 1
Va
Vc
q2
q1

61.

Цикл Отто
t 1
1
k 1

62. Анализ цикла Отто

к=1,6
к=1,4
к=1,3
ηt
0,6
14
ε

63. Двигатель, запатентованный Рудольфом Дизелем в 1897 году

64.

Р. Дизель (1858-1913)

65. Теоретический цикл дизеля (цикл Тринклера)

qII1
I
z
р z
k
Pv =const
qI 1
c
A
b
a
Vc
Vh
q2
v

66.

Г.В. Тринклер (1876-1957)

67.

Б.С. Стечкин

68. Термический КПД цикла

t 1 q
q2
1 q1
pz
pc
V
zI
Vz

69.

t 1 k 1
1
1
( 1) k ( 1)
k

70. Анализ цикла Тринклера

ηt
Анализ цикла Тринклера
ρ=1,2
λ
ρ=1,4
14
22
4
3
2
ε

71. Обобщенный анализ циклов

c z1 z
T
р
c
c1
c11
c1
b
c11
a
v
z1
z
b
a
s

72. Анализ КПД циклов

• При одинаковых значениях «ε»:
Т
Дизеля
Т
Т
Тринклера
Отто

73.

• При одинаковых наивысших
температурах:
Т
Дизеля
Т
Тринклера
Т
Отто

74.

• При одинаковых давлениях « pz »
Т
Дизеля
Т
Тринклера
Т
Отто

75. КПД -теплоиспользование в ДВС

• КПД-термический t 1 2
1
• КПД –индикаторный
• КПД – механический
t 1
М 1 Т 0 рi
i 8,314
Н u р0
ηм
• КПД – эффективный ηе = ηi ηм
1
k 1

76. Теплоиспользование в ДВС (энергетический баланс)

77. Топливная экономичность ДВС

3
3600
bе
10 , г кВт ч
Нu е
М 1 Т 0 рi
е 8,314 Н р м
u 0
v
pa T0
( 1) p0 (T0 T r Tr )
n,2 1
pc
1
1
1
pi
1 n 1
( 1)
1
n2 1
n1 1
1

78.

Рейтинговая система аттестации студентов по дисциплине:
«Конструкция и основы расчета энергетических установок»
6 семестр
Наименование
контрольной точки
дисциплины
Целевая
установка
систем
атично
сть
знаний
уметь
пони
мать
Своевременное
выполнение
качественная защита
лаб. работ.
+
+
Результаты
электронного
тестирования
Результаты контроля
учебн. материала на
лекциях
Зачтено - 61б
Твор
чество
Итого
1
аттес
т.
2
аттес
т.
3
аттес
т.
За
семест
р
+
5
5
10
20
+
+
5
5
10
20
+
+
5
5
5
15
10
10
10
30
5
5
5
15
30
30
40
100
Курсовая работа
( расчет ДВС)
Участие в НИР
студентов
Максимальное
количество
баллов/оценка
+
+
+
+
+