Фгбоу впо ргупс
|
Скачать 0.88 Mb.
|
|
Работа автомобильного двигателя В поршневом АД преобразование тепловой энергии в механическую происходит в замкнутом объеме камеры сгорания, который образуется поверхностями цилиндра (в верхней его части), головки цилиндра и днищем поршня. Топливо и воздух, необходимый для сгорания топлива, раздельно или в смешанном состоянии вводятся в камеру сгорания через впускной клапан и форсунки и воспламеняются. Образовавшиеся при сгорании газы с высокой температурой и давлением перемещают поршень поступательно вдоль оси цилиндра. Поршень через шатун передает усилие на коленчатый вал, поворачивая его вокруг оси, создавая крутящий момент, который через трансмиссию передается на ведущие колеса автомобиля. Отработавшие газы вытесняются из цилиндра при обратном движении поршня через выпускной клапан и далее через выпускной трубопровод и глушитель в атмосферу. Процесс сгорания топлива в отдельных цилиндрах АД происходит периодически. Сгоранию каждой порции топлива предшествуют процессы газообмена, т.е. ввод в цилиндр свежего заряда и вывод из цилиндра отработавших газов. При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения. С работой поршневых АД связаны следующие понятия: ВМТ (верхняя мертвая точка) – максимальное удаление поршня от оси коленчатого вала, при этом поршень, шатун и кривошип располагаются на одной прямой. Это положение кривошипа принимается за начало отсчета углов α = 0° поворота кривошипа относительно оси цилиндра (верхнее крайнее положение поршня). НМТ (нижняя мертвая точка) – минимальное удаление поршня от оси коленчатого вала, при этом α = 180°, или полуоборота – нижнее крайнее положение поршня. R – радиус кривошипа – расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки коленчатого вала. S – ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной до другой мертвой точки (S = 2R). Vc – объем камеры сгорания – объем над поршнем, находящимся в ВМТ. Va – полный объем цилиндра – объем над поршнем, находящимся в НМТ. Vh – рабочий объем цилиндра – объем цилиндра, заключенный между мертвыми точками. Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:  где D – диаметр цилиндра. Рабочий объем двигателя (литраж) VH равен сумме рабочих объемов всех цилиндров:  где i – число цилиндров двигателя. ε – степень сжатия – отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc:  Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем свежего заряда в цилиндре при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. В бензиновых двигателях степень сжатия находится в пределах 6,5–10, а в дизелях – 14–21. Одним из недостатков АД является токсичность их выхлопных газов, которые являются основными загрязнителями воздушного бассейна особенно в крупных городах. При работе АД выделяются следующие основные токсичные вещества: оксиды азота NOX, оксид углерода СО, углеводороды СХНХ, сажа, соединения серы и др. В современных условиях уменьшение токсичности выхлопных газов АД достигается совершенствованием процессов смесеобразования и сгорания, применением моторных топлив улучшенного качества и альтернативных видов топлива, нейтрализацией отработавших газов.
К конструктивным показателям, характеризующим степень совершенства конструкции двигателя, относятся: число цилиндров (i); расположение цилиндров (рядные (Р), V-образное); диаметр поршня (D); ход поршня (S); длина шатуна (l); радиус кривошипа (R) коленчатого вала; рабочий объем цилиндра (Vh); литраж двигателя (VH); отношения Ψ= S/D и λ= R/l; конструктивная (сухая) масса (G) двигателя; удельная масса двигателя (qN); литровая масса двигателя (qл). Такие показатели, как рабочий объем цилиндра, число цилиндров, диаметр цилиндра, ход поршня, радиус кривошипа и длина шатуна определяют основные размеры автомобильных двигателей (габариты) и их массу. Удельная масса АД qN представляет собой отношение сухой массы двигателя G к его эффективной мощности Ne qN =G /Ne кг/кВт. Удельная масса характеризует легкость конструкции, напряженность деталей и степень совершенства рабочего процесса АД. Литровая масса – это отношение сухой массы двигателя к рабочему объему (литражу) двигателя. qл = G/VH кг/л. Литровая масса характеризует степень совершенства конструкции АД, качество применяемых материалов при изготовлении АД. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра Ψ= S/D является одним из основных конструктивных показателей АД. При Ψ < 1 – двигатели являются короткоходными, а при Ψ > 1 – длинноходными. Уменьшение отношения S/D позволяет уменьшить высоту двигателя и его массу, увеличить частоту вращения коленчатого вала, повысить срок службы и др. Отношение λ= R/l является характеристикой кривошипного механизма АД, по которой производится выбор длины шатуна. Так, например, при уменьшении характеристики λ (увеличении длины шатуна) уменьшаются силы инерции, уменьшается сила бокового давления поршня на стенку цилиндра и его износ. Однако при этом увеличиваются масса и габариты двигателя. Таким образом, конструктивные показатели АД оказывают существенное влияние на их рабочий процесс, на тепловую и динамическую напряженность деталей АД.
При работе двигателя в его цилиндре происходит ряд последовательных процессов: впуск, сжатие, рабочий ход (расширение) и выпуск. Из них впуск, сжатие и выпуск являются вспомогательными процессами, обеспечивающими получение рабочего хода. Совокупность этих последовательных, периодически повторяющихся процессов, обеспечивающих работу двигателя, называется рабочим или действительным циклом. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Двигатель, в котором цикл работы происходит за четыре хода поршня (такта) или за два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным, а за два хода поршня (такта) или за один оборот коленчатого вала – двухтактным. В настоящее время на автомобилях применяются в основном четырехтактные двигатели.
Рассмотрим рабочий цикл одноцилиндрового двигателя (рис. 1). Первый такт – «впуск». При вращении коленчатого вала поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, а выпускной – закрыт (клапаны открывают и закрывают соответствующие газовые каналы в головке цилиндров под действием впускного и выпускного кулачков газораспределительного вала). В цилиндре создается разряжение (давление в цилиндре меньше атмосферного) величиной 0,07–0,09 МПа, и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр, где она смешивается с остаточными газами, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Температура смеси вследствие подогрева от контакта с нагретыми деталями двигателя и от остаточных газов повышается и в конце впуска составляет величину 350–400 К (75–125 °С). Чем лучше наполнение цилиндра свежим зарядом, тем выше мощность двигателя. Наполнению цилиндра мешают высокая температура деталей камеры сгорания и остаточные газы. Второй такт – «сжатие». Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, при этом оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно 0,9–1,5 МПа и 500–700 К (350–500 °С). При этом температура газов свежего заряда не должна превышать температуру самовоспламенения топлива и возникновению детонационного его сгорания. Третий такт – «рабочий ход» (расширение). Этот такт включает процессы сгорания топлива и расширения газов (продуктов сгорания). Сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, которая создается на электродах свечи зажигания. Пламя со скоростью 30–50 м/с (нормальное горение) распространяется по всему объему камеры сгорания. При этом быстро повышаются давление и температура продуктов сгорания топлива. Максимальное давление газов при сгорании (при положении поршня в ВМТ) достигает 3–5 МПа, а температура 2300–2700 К (2100–2500 °С). Давление газов в процессе расширения передается на поршень, далее через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце расширения открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0,3–0,5 МПа, а температура – до 1200–1500 К (1000–1200 °С). Четвертый такт – «выпуск». Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт. Отработавшие газы (ОГ) выходят из цилиндра в атмосферу через выпускную систему (выпускные трубы, глушитель и др.). К концу такта давление в цилиндре снижается до 0,11–0,12 МПа, а температура – до 1000–1100 К (700–800 °С). При такте выпуска не достигается полная очистка цилиндра от ОГ, поэтому в конце выпуска давление остаточных газов в цилиндре составляет 0,105–0,120 МПа. Четвертым тактом рабочий цикл двигателя заканчивается. При вращении коленчатого вала и движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем (стартером) или пусковой рукояткой. Когда двигатель начинает работать, впуск, сжатие и выпуск происходит за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем такте.
(без наддува) Последовательность чередования тактов дизеля такая же, как и в четырехтактном бензиновом двигателе. При впуске поршень движется от ВМТ к НМТ. Открыт впускной клапан. За счет образующегося разряжения в цилиндр поступает воздух. Давление в цилиндре 0,085–0,095 МПа, а температура – 310–340 К (40–70 °С). При такте сжатия поршень движется вверх от НМТ к ВМТ. Оба клапана закрыты. Давление и температура воздуха достигают в конце такта значений 3,5–5,5 МПа, и 700–900 К (450–650 °С). Когда поршень подходит к ВМТ, в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо под давлением 13–18,5 МПа, подаваемое насосом высокого давления. При рабочем ходе дизельное топливо самовоспламеняется от сильно сжатого и нагретого воздуха. Максимальное давление газов достигает 6–9 МПа, а температура 1800–2200 К (1600–2000 °С). В конце расширения давление снижается до 0,2–0,4 МПа, а температура – до 1000–1200 К (800–1000 °С). При такте выпуска поршень перемещается от НМТ к ВМТ, открыт выпускной клапан. Давление газов в цилиндре снижается до 0,11–0,12 МПа. После такта выпуска начинается новый рабочий цикл.
Рабочий цикл в цилиндре двигателя характеризуется изменением температуры, давления и объема газообразного рабочего тела (продуктов сгорания топлива), посредством которого, тепловая энергия превращается в механическую в результате силового воздействия нагретого рабочего тела на поршень двигателя. Изменение давления газов внутри цилиндра за цикл может быть представлено графически в виде индикаторной диаграммы, которую можно получить при испытаниях двигателя с помощью специального прибора – индикатора давления или при помощи теплового расчета рабочего цикла автомобильного двигателя. Индикаторная диаграмма, представленная в координатах р – V (давление – объем), называется «свернутой», а в координатах р – α (давление – угол поворота кривошипа коленчатого вала) – «развернутой».
двигателя в координатах р – V На рис. 2 представлена индикаторная диаграмма изменения давления газов в цилиндре двигателя при всех четырех тактах, а на рис. 3 – диаграмма фаз газораспределения. На горизонтальной оси (абсцисс) откладывают объемы, занимаемые газом в цилиндре при различных положениях поршня, а на вертикальной оси (ординат) – давление газов в цилиндре. Индикаторная диаграмма содержит линии соответствующих процессов (тактов) и их характерные точки (а, с, z, b, r), определяющие начало и конец этих процессов (тактов), совершаемых в цилиндре за один ход поршня. При этом положение характерных точек линий соответствующих тактов совпадают с положением поршня в ВМТ и НМТ (рис. 2). Бензиновые двигатели работают по циклу ОТТО, когда при положении поршня в ВМТ топливо сгорает почти мгновенно при постоянном объеме Vc = const по изохорному процессу с–z на (рис. 2). Такт – «впуск». Линия впуска r–a располагается ниже линии атмосферного давления (Ро), ввиду гидравлических сопротивлений устройств на линии впуска. Такт – «сжатие». Линия сжатия а–с характеризует повышение давления, которое достигает наибольшей величины в точке с. Точка с соответствует моменту искрового разряда между электродами свечи зажигания и началу процесса сгорания топлива. Сжатие рабочей смеси происходит по адиабатному процессу.  Рис. 2. Индикаторная диаграмма действительного цикла бензинового четырёхтактного двигателя  Рис. 3. Диаграмма фаз газораспределения Такт – «рабочий ход» включает процессы сгорания топлива и расширения продуктов сгорания и соответственно линию сгорания с–z, характеризующую резкое повышение давления почти при постоянном объеме до максимального в точке z, и линию расширения газов z–b. Расширение газов соответствует политропному процессу. Такту «выпуск» соответствует линия выпуска b–r, которая располагается выше линии, соответствующей атмосферному давлению, ввиду гидравлических сопротивлений устройств на линии выпуска. При осуществлении реальных процессов газообмена в четырехтактных АД открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов газораспределительного механизма осуществляется при положениях поршня, отличных от его положений в ВМТ и НМТ. На рис. 3 показана типичная диаграмма фаз газораспределения АД. Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Одноименные точки на диаграммах фаз газораспределения и индикаторной (рис. 2 и 3) соответствуют моментам открытия (точки a1 и b1) и закрытия (точки а2 и b2) соответственно впускных и выпускных клапанов. Положение точек открытия и закрытия клапанов на диаграмме фаз газораспределения (рис. 3) определяется величинами соответствующих углов фаз газораспределения: β0 – угол открытия впускного клапана до ВМТ; βз – угол закрытия впускного клапана после НМТ; φ0 – угол открытия выпускного клапана до НМТ; φз – угол закрытия выпускного клапана после ВМТ. В этом случае линии реальных процессов на индикаторной диаграмме (рис. 2) будут определяться следующими характерными точками их начала и конца:
Таким образом, согласно диаграммы фаз газораспределения клапаны открываются со значительным опережением и закрываются с запаздыванием относительно ВМТ и НМТ, при этом существует угол перекрытия клапанов, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Наличие опережения и запаздывания, а также перекрытия клапанов создает условия для повышения их пропускной способности, а следовательно, улучшения очистки от отработавших газов и наполнения цилиндров свежим зарядом. Опережение открытия впускного клапана обеспечивает достаточное проходное сечение к началу поступления свежего заряда в цилиндр и улучшает наполнение цилиндра. Запаздывание закрытия впускного клапана дает возможность использовать инерцию впускного потока смеси и происходит дозарядка цилиндра. Выпускной клапан открывается с опережением в точке b1, когда в цилиндре имеется избыточное давление 0,3–0,5 МПа, и газы с большой скоростью выходят из цилиндра, улучшая его очистку от отработавших газов. При запаздывании закрытия выпускного клапана для очистки цилиндра используется отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе. |
Похожие:
 |
Фгбоу впо ргупс согласовано утверждаю ФЗ, Примерных правил внутреннего распорядка студенческого общежития, утвержденных Минобрнауки России 10. 07. 2007 г., действующего... |
 |
Л. В. Шевченко основы трудового права Основы трудового права: учебно-методическое пособие / Л. В. Шевченко; фгбоу впо ргупс (филиал ргупс в г. Туапсе). – Ростов н/Д, 2014.... |
|
Фгбоу впо ргупс Организация и планирование машинизированного текущего содержания пути на дистанции |
|
Отчет о самообследовании Филиала фгбоу впо «Ростовский государственный... Минеральные Воды проведено на основании решения Ученого Совета ргупс по подготовке к аттестации и аккредитации ргупс в 2011 году... |
|
Фгбоу впо ргупс Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Фгбоу впо ргупс приказ О мерах по обеспечению внедрения в учебный процесс технологий электронного обучения |
|
Фгбоу во ргупс Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования |
|
Проект гражданско-правового договора «Братский государственный университет» (фгбоу впо «БрГУ»), именуемое в дальнейшем Заказчик, в лице ректора Белокобыльского Сергея... |
|
Фгбоу впо «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»... В. И. Мяленко (гл ред.) и др.; Фгбоу впо «Кемеровский гсхи». – № – Кемерово: Информационно-издательский отдел Кемеровского гсхи,... |
|
Положение о студенческом общежитии фгбоу впо «Ивановский государственный университет» I Студенческое общежитие фгбоу впо «Ивановский государственный университет», (далее — университет), предназначено для временного проживания... |
|
Фгбоу впо «Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова»... Инновации: перспективы, проблемы, достижения: материалы международной научно-практической конференции. 22 мая 2014 г./ под ред. А.... |
|
Д. Ф. Костина Дополнительный материал к учебному пособию «Программирование в компьютерных системах»: специфика профессии программиста. Дополнительный материал. Учебно-методическое пособие... |
|
Фгбоу впо «Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова»... Инновации: перспективы, проблемы, достижения: материалы международной научно-практической конференции. 27 мая 2013 г./ под ред. А.... |
|
Фгбоу впо «Кубанский государственный аграрный университет» судебная психиатрия Г. М. Меретуков – доктор юридических наук, профессор, заведующий кафедрой криминалистики (фгбоу впо «Кубанский государственный аграрный... |
|
Фгбоу впо «Кубанский государственный аграрный университет» судебная психиатрия Г. М. Меретуков – доктор юридических наук, профессор, заведующий кафедрой криминалистики (фгбоу впо «Кубанский государственный аграрный... |
|
Фбгоу впо ргупс Оформление курсовых и дипломных работ и проектов по социально-гуманитарной и экономической тематике |