ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО СИЛОВЫХ АГРЕГАТОВ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Ознакомление с основными типами силовых агрегатов транспортных средств, их составными частями. Ознакомление с классификацией, механизмами и системами автомобильных двигателей, а также изучение их рабочих циклов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Изучить основные типы силовых агрегатов на транспортных средствах: поршневые двигатели, газовые турбины реактивные двигатели, электродвигатели.

2.2. Преимущества и недостатки поршневых двигателей. Классификация и условные обозначения поршневых ДВС по ГОСТ 4395-82.

2.3. Типы автомобильных двигателей( по виду смесеобразования, по типу применяемого топлива, по числу тактов и т. д.).

2.4. Общее устройство, назначение механизмов и систем четырех-

тактного двигателя внутреннего сгорания (кривошипно-шатунного и га-

зораспределительного механизмов, систем охлаждения, смазки, пи-

тания, зажигания и вентиляции картера двигателя) на примере

одноцилиндрового двигателя.

2.5. Применяемые в автомобильных двигателях топлива, их марки-

ровка. Понятие об антидетонационной стойкости и октановом числе.

2.6. Рабочий процесс (характеристика тактов) одноцилинд-

рового четырехтактного поршневого двигателя. Индикаторная диаграмма.

2.7. Сравнить карбюраторные, дизельные и инжекторные двигате-

ли по удельной мощности, экономичности, экологичности и другим пока-

зателям.

2.8. Работа четырехтактных много цилиндровых двигателей. Ряд-

ные и V -образные двигатели. Порядок работы цилиндров.

2.9. Понятие о внешней скоростной характеристике двигателя.

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

3.1. Привести классификацию ДВС, дать перечень обозначений, входящих в маркировку двигателя, и пояснить на примерах: 12 ЧН 13/14 (ЯМЗ 240Н) ; 8 Ч 12/12 (КамАЗ 740); 4 Ч 10,5/12 (Д-37Е); 42 ЧНСП 16/17.

3.2. Изобразить схему четырехтактного поршневого двигателя и

указать на ней основные его элементы и параметры.

3.3. Привести примерную индикаторную диаграмму и выделить

на ней характерные точки.

3.4. Представить порядок работы цилиндров 4-, 6- и 8- цилинд-

ровых двигателей (рядных и V - образных).

3.5. Привести вид внешней скоростной характеристики двигателя.

2.1

Поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень.
Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов, помп, моторизованного инструмента (бензорезок (бензо-болгарок), газонокосилок, бензопил) и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий.

Мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах от нескольких ватт (двигатели авиа-, мото- и судомоделей) до 75 000 кВт (судовые двигатели).

В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются:

• жидкости — бензин, дизельное топливо, спирты, биодизель;
• газы — сжиженный газ, природный газ, водород, газообразные продукты крекинга нефти, биогаз;
• монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).

Полный цикл работы двигателя складывается из последовательности тактов — однонаправленных поступательных ходов поршня. Различают двухтактные и четырёхтактные двигатели.
Число цилиндров в разных поршневых двигателях колеблется от 1-го до 24-х. Объём цилиндра — это произведение площади поперечного сечения цилиндра на ход поршня. Суммарный объём всех цилиндров обычно называют объёмом двигателя. По способу смесеобразования делятся:

• Двигатели с внешним смесеобразованием. Воспламенение воздушно-топливной смеси может выполняться электроискровым разрядом, вырабатываемым системой зажигания (например, автомобильный Бензиновый двигатель внутреннего сгорания). Двигатели с внешним смесеобразованием могут работать на

газообразном топливе (природный газ, био и другие условно-бесплатные газы);

• Двигатели с внутренним смесеобразованием (воспламенение от сжатия рабочего тела). Эти двигатели, в свою очередь, подразделяются на:
• Дизельные, работающие на дизельном топливе или природном газе (с добавлением 5 % дизельного топлива для обеспечения воспламенения топливной смеси). В этих двигателях сжатию подвергается только воздух, а при достижении поршнем точки максимального сжатия в камеру сгорания впрыскиваеся топливо, которое воспламеняется при контакте с воздухом, нагретым при сжатии до температуры в несколько сотен градусов Цельсия.
• Компрессионные двигатели. В них, в отличие от дизельных, топливо подается вместе с воздухом (как в бензиновых двигателях). Такие двигатели требуют особого состава топлива (обычно в его основе — диэтиловый эфир) и точной регулировки степени сжатия, так как от нее зависит момент воспламенения смеси. Компрессионные двигатели используются главным образом в авиа- и автомоделях;
• Калильные двигатели. Схожи по принципу действия с компрессионными, но имеют калильную свечу, накал которой поддерживается за счёт сгорания топлива на предыдущем такте.Такие двигатели также требуют особого состава топлива (обычно в его основе — метанол, касторовое масло и нитрометан). Используются главным образом в авиа- и автомоделях;
• Воспламенение от горячих частей двигателя (калоризаторные), обычно — днища поршня. Приводные двигатели прокатных станов (топливо-мартеновский газ).

Двигатели с внутренним смесеобразованием имеют (как в теории, так и на практике) более высокий КПД и вращающий момент за счёт более высокой степени сжатия.

В рамках технической термодинамики работа поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от особенностей их циклограмм описывается термодинамическими циклами Отто, Дизеля, Тринклера, Аткинсона или Миллера.

Эффективный КПД поршневого ДВС не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется, в основном, между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя доля весьма существенна, поршневые ДВС нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают системы охлаждения:

• воздушные, отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки л.с.), или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха;
• жидкостные, в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров), и затем поступает в радиатор охлаждения, в котором теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором. Иногда в жидкостных системах в качестве теплоносителя используется металлический натрий, расплавляемый теплом двигателя при его прогреве.

Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.

В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.

Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

В качестве топлива могут использоваться любое горючее, которое можно диспергировать: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, природный газ, судовое топливо, водяной газ, спирт и измельченный уголь.

Газовые турбины используются в кораблях, локомотивах и танках. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами.

В 1950 году дизайнер Ф.Р. Белл и главный инженер Морис Вилкс в британской компании Rover Company анонсировал первый автомобиль с приводом от газотурбинного двигателя. Двухместный JET1 имел двигатель, расположенный позади сидений, решетки воздухозаборника по обеим сторонам машины, и выхлопные отверстия на верхней части хвоста. В ходе испытаний автомобиль достиг максимальной скорости 140 км/ч, на скорости турбины 50000 об/мин. Автомобиль работал на бензине,

парафиновом или дизельном маслах, но проблемы с потреблением топлива оказались непреодолимыми для производства автомобилей. В настоящее время он выставлен в Лондоне в Музее Науки.

Команды Rover и British Racing Motors (BRM) (Формула-1) объединили усилия для создания Rover-BRM, авто, с приводом от газовых турбин, которое приняло участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1963 года, управляемое Грэмом Хиллом и Гитнером Ричи. Оно имело среднюю скорость - 107,8 миль/ч (173 км/ч), а максимальную скорость - 142 миль/ч (229 км/ч). Американские компании Ray Heppenstall, Howmet Corporation и McKee Engineering объединились для совместной разработки собственных газотурбинных спортивных автомобилей в 1968 году, Howmet TX приняла участие в нескольких американских и европейских гонках, в том числе завоевав две победы, а также принимала участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1968 года. Автомобили использовали газовые турбины Continental Motors Company, благодаря которым, в конечном итоге, ФИА было установлено шесть посадочных скоростей для машин с приводом от турбин.

На гонках автомобилей с открытыми колёсами, революционное полноприводное авто 1967 года STP Oil Treatment Special с приводом от турбины, специально подобранной легендой гонок Эндрю Гранателли и управляемое Парнелли Джонсом, почти выиграло в гонке "Инди-500"; авто с турбиной STP компании Pratt & Whitney обгоняло почти на круг авто, шедшее вторым, когда у него неожиданно отказала коробка передач за три круга до финишной черты. В 1971 глава компании Lotus Колин Чепмен представил авто Lotus 56B F1, с приводом от газовой турбины Pratt & Whitney. У Чепмена была репутация создателя машин-победителей, но он вынужден был отказаться от этого проекта из-за многочисленных проблем с инерционностью турбин (турболагом).

Оригинальная серия концептуальных авто General Motors Firebird была разработана для автовыставки Моторама 1953, 1956, 1959 годов, с приводом от газовых турбин.

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т. н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле (см. ионный двигатель).

Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем,

то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Гибридный автомобиль — автомобиль, использующий для привода ведущих колёс разнородную энергию.

Современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки.

Иногда с гибридами ошибочно смешивают транспортные средства с электромеханической трансмиссией (например, тепловозы, некоторые трактора и танки).

Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило, смещённом в сторону высоких оборотов. Частично этот недостаток компенсируется за счёт применения коробки передач, однако она ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Кроме того, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что позволяет исключить из конструкции сцепление. Электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и может быть размещён непосредственно в колесе (мотор-колесо).

Суть нового принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля имеющей меньшую ёмкость, а следовательно, и вес.

Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Это больший коэффициент полезного действия электромобилей (80-90% у электромобиля против 35-50% у ДВС) и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.

2.2

В таблице №1 представлены преимущества и недостатки поршневого двигателя

Таблица №1: Преимущества и недостатки поршневого двигателя

Классификация и условные обозначения поршневых ДВС по ГОСТу 4393 – 82

ОТЧЕТ.

3.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания двс. Классификация ДВС определяется следующими признакам:
По применяемому топливу: бензиновый (с воспламенением от электрической искры), дизельный (с воспламенением от высокой температуры сжатого воздуха)
По системе охлаждения: жидкостная или воздушная.
По количеству рабочих тактов: двух тактный или четырёх тактный.
По расположению клапанного механизма: над головкой блока (Overhead Camshaft (OHC)) или над головкой устанавливаются только клапаны, в то время как распределительный вал монтируется в корпусе блока цилиндров (Overhead Valve (OHV) design)
По количеству цилиндров: 4,5,6,8…
По конструктивному расположению цилиндров: рядный (цилиндры расположены в линию), V – образный (под углом друг к другу), оппозитный (напротив друг друга). In-line type engine – в переводе, двигатель, с продольным расположением цилиндров (рядный). Двигатели такого типа имеют довольно лёгкий и компактный блок цилиндров, а так же головку, объединённую в одно целое. Как правило, рядное расположение имеют 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти цилиндровые двигатели. Двигатели, имеющие расположение цилиндров в форме буквы V называются V – образные. Как правило, с таким расположением встречаются 6-ти, 8-ми, 10-ти, 12-ти цилиндровые двигатели. Применение такие двигатели находят в автомобилях представительского и спортивного класса. В последнее время в легковых автомобилях всё большее применение находят двигатели оппозитного типа. В таких двигателях поршни двигаются навстречу друг другу или в прямо-противоположных направлениях.

Так же по ГОСТу двигатели маркируются, например 12 ЧН 13/14 (ЯМЗ 240Н); 8 Ч 12/12 (КамАЗ 740); 4 Ч 10,5/12 (Д-37Е); 42 ЧНОСП 16/17.

12 ЧН 13/14 (ЯМЗ 240Н)

ЯМЗ-240 — четырёхтактный V-образный дизельный двигатель для карьерных самосвалов, тяжёлой автомобильной и строительной техники, дизель-поездов

12 - количество цилиндров

Ч – материал изготовления блока цилиндров чугун

Н – имеется наддув

13 – диаметр цилиндра в см

14 - ход поршня в см

3.2.

Общее устройство четырехтактного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих механизмов и систем:
кривошипно-шатунного механизма, преобразую­щего прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вра­щательное движение коленчатого вала;газораспределительного механизма, предназна­ченного для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов;системы питания, служащей для подачи отдельно топлива и воздуха в цилиндры дизеля или для приготовления горючей смеси из мелко распыленного топлива и воздуха (в определенной пропорции) и подвода ее к цилиндрам карбюраторного двигателя;системы охлаждения, обеспечивающей нормальный темпе­ратурный режим двигателя, при котором он не перегревается и не пере­охлаждается;
системы смазки, необходимой для уменьшения трения между деталями, снижения их износа и отвода тепла от трущихся поверх­ностей;

Схема работы четырехтактного двигателя

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 318; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!