Історична довідка. Основні поняття. Класифікація двигунів
Лекція 1 Вступ. Історична довідка. Основні поняття. Класифікація двигунів
Вступ
Дисципліна “Автомобільні двигуни” належить до нормативно-методичного забезпечення навчального процесу галузі знань 0701 – «Транспорт і транспортна інфраструктура» і передбачена для підготовки бакалаврів за напрямом 6.070106 «Автомобільний транспорт».
Вона є однією з важливих дисциплін, які формують необхідні якості і знання у системі підготовки бакалаврів з експлуатації, ремонту, організації перевезень і управління на автомобільному транспорті.
Метою вивчення дисципліни „Автомобільні двигуни” є формування
інженерного мислення майбутніх спеціалістів, отримання знань про техніко-економічні показники і характеристики роботи автомобільних двигунів, їх конструктивні параметри, тенденції і напрямки розвитку транспортних двигунів; формування у студентів теоретичної і практичної бази, необхідної для майбутнього вивчення основ ефективної експлуатації транспортних засобів, та їх ремонту.
Студент після засвоєння навчального курсу повинен знати:
– сучасні конструкції автомобільних двигунів;
– суть та призначення робочих процесів в автомобільних двигунах;
– ефективність використання різних палив;
– специфіку показників роботи різних типів транспортних двигунів, які випливають з їх конструктивних особливостей та регулювання;
– причин зміни показників роботи двигунів у залежності від експлуатаційних факторів;
– норми екологічної безпеки автомобільних двигунів;
повинен вміти:
– вести розрахунки робочого процесу, конструкцій систем, вузлів, деталей двигуна,
– набути певні навички роботи з технічною документацією.
При вивченні дисципліни «Автомобільні двигуни» використовуються знання, набуті при вивченні таких дисциплін, як: вища математика, фізика, теоретична механіка, обчислювальна техніка і програмування, основи конструкцій автомобілів, історія розвитку транспорту, введення в технологічні процеси на автотранспорті.
Навчальний процес з дисципліни «Автомобільні двигуни» включає в себе вивчення теоретичного лекційного матеріалу, проведення практичних, лабораторних занять, а також виконання розрахунково-графічної роботи і курсового проекту, самостійної роботи.
У якості підсумкового контролю знань студентів з курсу «Автомобільні двигуни» передбачено захист курсового проекту і екзамен.
2. Історична довідка про розвиток двигунів внутрішнього згоряння
Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) з’явилися в кінці 19-го сторіччя. У 1860 році перший промисловий зразок ДВЗ, який працював на світильному газі, створив французький інженер Ж. Ленуар. Також французький інженер А. БО-де-Рош у 1862 році запропонував двигун з попереднім стискуванням робочої суміші, який мав кращі економічні показники ніж двигун Ленуара.
Вдосконалення двигуна з попереднім стискуванням робочої суміші досягли у 1876 році німецький підприємець М. Отто і французький інженер Е. Ланген.
В 1880-х рр. О. С. Костович в Росії побудував перший бензиновий карбюраторний двигун.
У 1892 році німецький інженер Р. Дизель отримав патент на принцип дії двигуна з запалюванням від стискання повітря з подачею в нього кам’яного пилу. Двигун не працював, проте запропонований принцип був використаний у 1897-1899 роках у двигуні, який працював на керосині, що впорскувався у циліндр стиснутим у компресорі повітрям.
Удосконалення цього двигуна відбулось. на заводі Л. Нобеля в Петербурзі (нині «Російський дизель»), яке в 1898—99 рр. дозволило застосувати як паливо нафту. В результаті цього двигун стає найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. На вказаному заводі за проектом інженера Г. Трінклера в 1901 році збудовано перший у світі безкомпресорний дизель, у якому паливо безпосередньо впорскувалось у циліндр двигуна ,
У тому 1913 році російський професор О. Шелест розробив перший тепловоз з ДВЗ, конструкцію якого було вдосконалено у 1924 за проектом Я. М. Гаккеля в Ленінграді.
У 1906 році проф.. МВТУ В. Гриневецький вперше в світі створив метод теплового розрахунку ДВЗ, який в подальшому було розвинуто проф.. Є. Мазінгом, акад.. Б. Стечкіним, професорами. М Глаголєвим, Н. Брілінгом, І. Леніним.
3. Основні поняття, пов’язані з роботою поршневих ДВЗ
У поршневих ДВЗ під дією робочих газів здійснюється зворотно-поступальний рух поршня, який завдяки кривошипно-шатунному механізму перетворюється в обертальний рух колінчастого вала.
Крайні положення поршня, в яких змінюється напрямок його руху називають мертвими точками: верхньою мертвою точкою (в. м. т.) і нижньою мертвою точкою (н.м.т.). Відстань між в.м.т. і н.м.т. називають ходом поршня. Позначають хід поршня символом S:
S=2R, (1.1)
де R – радіус кривошипа колінчастого вала.
Об’єм циліндра, який звільняється при переміщенні поршня на величину S, називається робочим об’ємом циліндра. Визначається за формулою:
, (1.2)
де D – діаметр циліндра.
Літражем багатоциліндрового двигуна називається сума робочих об’ємів усіх його циліндрів:
Vл = Vh·i, (1.3)
Де Vл – літраж двигуна;
і – число циліндрів.
Об’єм циліндра над поршнем при його положенні в в.м.т. називається об’ємом камери згоряння Vс. а сума об’ємів робочого і камери згоряння називається повним об’ємом циліндра Vа:
Vа= Vh + Vс. (1.4)
Відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння називається ступенем стиску :
. (1.5)
4. Класифікація автомобільних двигунів
ДВЗ класифікують за наступними ознаками.
4.1 За способом перетворення теплоти в механічну роботу:
– двигуни внутрішнього згоряння: поршневі: поршневі, роторно-поршневі, газотурбінні;
– двигуни зовнішнього згоряння: двигуни Стірлінга.
4.2 За способом здійснення робочого циклу:
– чотиритактні, двотактні (без наддуву і з наддувом).
Робочим циклом двигуна називають сукупність процесів, які послідовно повторюються, при яких змінюються параметри робочого тіла, а теплота, що виділяється, перетворюється в роботу. Робоче тіло – певна кількість речовини , яка приймає участь у термодинамічному циклі, виконуючи корисну роботу.
Тактом двигуна називається частина робочого циклу, яка відбувається за один хід поршня.
4.3 За видом споживаного палива:
– бензинові двигуни;
– дизелі;
– газові або бензогазові двигуни;
– газодизелі;
– багатопаливні двигуни.
4.4 . За способом приготування горючої суміші з палива і повітря – на двигуни із зовнішнім, внутрішнім або змішаним сумішоутворенням.
До ДВЗ з зовнішнім сумішоутворенням відносяться карбюраторні двигуни, в яких горюча суміш з рідкого палива і повітря утворюється в карбюраторі, або в газозмішувачі ( горюча суміш з газу і повітря утворюється в змішувачі).
До ДВЗ з внутрішнім сумішоутворенням відносяться дизелі, двигуни з впорскуванням легкого палива в циліндр.
Змішане сумішоутворення відбувається у газодизелях.
4.5 За способом запалювання робочої суміші:
У ДВЗ. із зовнішнім сумішоутворенням запалювання робочої суміші в циліндрі відбувається від електричної іскри.
У двигунах з внутрішнім суміщоутворенням паливо займається при впорскуванні його в стисле повітря, нагріте до високої температури.
У двигунах із змішаним сумішоутворенням (газодизелі) займання газового палива здійснюється від запальної дози рідкого палива.
4.6 За способом регулювання потужності двигуна:
– якісне (дизелі, газодизелі);
– кількісне (карбюраторні, газові двигуни);
– змішане (газодизелі).
4.7 За розташуванням циліндрів:
– однорядне (з вертикальним, горизонтальним, похилим розміщенням);
– дворядне (V – подібне, опозитне розміщення).
4.8 За швидкохідністю:
– тихохідні (середня швидкість поршня Vm < 8 м/с);
– швидкохідні (середня швидкість поршня Vm > 8 м/с).
4.9 За способом охолодження: двигуни з рідинним та повітряним охолодженням.
Сучасні автомобільні двигуни – переважно чотиритактні (з наддувом і без наддуву), з внутрішнім та зовнішнім сумішоутворенням, з іскровим запалюванням робочої суміші або самозайманням, рядні та V – подібні, з кількісним та якісним регулюванням потужності двигуна.
5. Основні розміри і параметри циліндра і двигуна
На основі заданих: ефективної потужності (), номінальної частоти обертання колінчастого вала (), тактності двигуна () і числа циліндрів (і), розрахунку середнього ефективного тиску () визначають робочий об’єм двигуна (літраж) за формулою:
л. (1.6)
Робочий об’єм одного циліндра:
л. (1.7)
Прийнявши попередньо відношення к= S/D, 
визначають, округлюючи до цілого, діаметр циліндра і хід поршня за формулами:
мм (1.8)
S = D·k, мм.
Остаточно уточнюють основні розміри і параметри двигуна за формулами:
–робочий об’єм двигуна:
л; (1.9)
–діаметр циліндра і хід поршня за наведеними вище формулами;
–площу дна поршня:
мм2; (1.10)
–середню швидкість поршня:
Vп.с..= S·nе / 30·103 м/с. (1.11)
Якщо похибка між прийнятою і розрахунковою середньою швидкістю руху поршню Vп.с. перебільшує 5%, проводиться перерахунок ефективних параметрів і показників двигуна.
Визначають ефективну потужність двигуна:
кВт. (1.11)
Потужність двигуна, віднесена до 1л об’єму, визначається за формулою:
кВт / л. (1.12)
Для автотракторних двигунів літрова потужність знаходиться у межах 20…50 кВт/л.
6. Перелік навчально-методичної літератури
1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов.- М.: Легион-Автодата, 2004.- 344 с.
2. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 4-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.
3. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 3-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985. – 456 с.
4. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 4-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1983. – 372 с.
5. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1980. – 288 с.
6. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М., "Машиностроение", 1989. – 390 с.
7. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Владим. гос. ун-т. Владимир, 2000. - 256 с.
8. Кухаренок Г.М. Рабочий процесс высокооборотных дизелей. Методы и средства совершенствования. – Минск: БГПА, 1999. – 180 с.
9. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. – 376 с.
10. Основы научных исследований. Под. ред. В.И. Крутова, В.В. Попова, М.: Высшая школа. 1989.- 400 с.
11. BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер.с нем.-М.:ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004.-480 с.
3
Історична довідка. Основні поняття. Класифікація двигунів