Ступенем попереднього розширення

Тема 1. Введення в дисципліну «Теорія автомобільних двигунів».

Заняття 1. Введення в дисципліну «Теорія автомобільних двигунів».

Основні поняття ДВЗ:

1. Мертва точка – положення поршня, в якому поршень змінює напрям свого руху на протилежний і його швидкість дорівнює нулю.

2. Верхня мертва точка (ВМТ) – найбільш віддалене положення поршня від осі колінчатого валу.

3. Нижня мертва точка (НМТ) – найбільш наближене положення поршня до вісі колінчатого валу.

4. Хід поршняS – відстань між ВМТ і НМТ. Хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа. Одному ходу поршня відповідає половина оберту (180⁰) колінчатого валу двигуна.

Одним з важливих конструктивних параметрів двигуна є відношення хода поршня до його діаметра D циліндра. Двигуни з S/D >1 називаються довгохідними, а з S/D <1 – короткохідними.

5. Повний об’єм V_a – об’єм внутрішньої порожнини циліндра над поршнем при його положенні в НМТ.

6. Об’єм камери (згорання) V_c – об’єм внутрішньої порожнини циліндра при положенні поршня в ВМТ.

7. Робочий об’єм циліндра V_h – об’єм, котрий міститься між мертвими точками

V_h = V_a - V_c

8. Літраж двигуна V _h – сума робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна

V_n = і V_h

де і – кількість циліндрів двигуна

9. Ступінь стиску  - це відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згорання

Vа / Vс.

Ступінь стиску показує, у скільки разів змінюється об’єм внутрішньої порожнини циліндра при переміщенні поршня від однієї мертвої точки до іншої.

Для більш ефективної роботи будь-якого ДВЗ прагнуть мати  як можна більше, але для бензинових двигунів цей параметр обмежується детонаційною стійкістю бензину, тобто при великих значеннях ступеню стиску двигун працює з детонацією. Для дизельних двигунів великі значення ступеня стиску приводить до жорсткої роботи двигуна, що суттєво вливає на його довговічність, проте вона в них вища ніж в бензинових із-за необхідності стиснути повітря, щоб отримати збільшення його температури, необхідної для самозаймання суміші.

Для низькооктанових бензинів А-72, А-76  =6,0-6,7,

для високооктанових АИ-92, 93 – 98  =до 12,1

Зменшення значення  для дизельних двигунів до 14, досягається за рахунок необхідної організації процесу сумішоутворення.

10. Робочим циклом називається сукупність процесів, які відбуваються в циліндрах двигуна у визначеній послідовності і періодично повторюються.

Робочий цикл складається з наступних процесів:

ü наповнення циліндрів свіжим зарядом. Під час цього процесу в циліндр через органи впуску надходить свіжий заряд, який являє собою (в залежності від типу двигуна) повітря або суміш повітря з парами палива;

ü стиск свіжого заряду, при русі поршня від НМТ до ВМТ;

ü розширення продуктів згорання. Під дією тиску газів поршень переміщується від ВМТ до НМТ. В ході розширення теплова енергія частково перетворюється в механічну;

ü випуск відпрацьованих газів. У кінці процесу розширення, енергія газів суттєво зменшується, тому гази, називаються відпрацьованими.

Для систематизації явищ, котрі характеризують цикл, вводиться поняття такту.

11. Тактом називається частина циклу, яка відповідає одному ходу поршня між мертвими точками. Під час такту здійснюється один або кілька процесів. Такту присвоюється найменування основного процесу, який відбувається на даній ділянці циклу. Для 4-хтактного ДВЗ це впуск, стиск, робочий хід, випуск.

У зв’язку з тим, що речовина, яка знаходиться у над поршневій порожнині змінює на протязі циклу свій хімічний та фізичний стан, її називають робочим тілом. До моменту загорання – це робоча суміш, у процесі горіння – це плазма, а після згорання – відпрацьовані гази.

Тема 2. Процеси робочого циклу поршневих двигунів.

Заняття 1. Термодинамічні цикли двигунів внутрішнього згорання.

1. Вивчити сутність та основні показники термодинамічних циклів ДВЗ.

2. Ознайомитись із особливостями термодинамічних циклів двигунів з наддувом.

Виховувати у студентів здатність до творчого мислення, прагнення до володіння знаннями, почуття відповідальності за знання теорії і матеріальної частини автомобіля та гордість за обраний фах

1. В основі роботи ДВЗ лежать кругові термодинамічні процеси перетворення теплоти в механічну роботу, які називаються циклами. Згідно з другим законом термодинаміки повне перетворення теплової енергії в механічну роботу неможливе навіть у теоретичній тепловій машині, в якій відбуваються оборотні цикли, оскільки частина введеної теплоти повинна бути передана холодному джерелу. Такі цикли називаються термодинамічними (або теоретичними, ідеальними). Стосовно ДВЗ за допомогою цих циклів вирішуються наступні задачі:

• встановлення факторів, від яких залежить коефіцієнт корисної дії (ККД) циклу;

• визначення такого характеру протікання циклу, при якому ККД має найбільше значення при певних обмеженнях для конкретного ДВЗ;

• оцінка можливої найбільшої економічності і потужності ДВЗ при реалізації в ньому конкретного циклу.

У циліндрі реального двигуна відбуваються дійсні цикли, необоротність процесів в яких у порівнянні з термодинамічними циклами додатково обумовлена втратами теплоти через стінки камери згоряння, аеродинамічними втратами при газообміні та ін.

Термодинамічні цикли, крім того, відрізняються від дійсних такими особливостями:

• цикл відбувається із сталою кількістю незмінного робочого тіла;

• теплота підводиться ззовні від гарячого джерела й відводиться в охолоджувач миттєво;

• теплоємність і хімічний склад робочого тіла в циклі сталі;

• процеси стиску і розширення відбуваються адіабатно, тобто без теплообміну з зовнішнім середовищем.

Термодинамічні цикли зображуються у вигляді діаграм у координатах р-V, T-V та інших, де р- тиск газу в надпоршневому просторі; V - об'єм надпоршневого простору; Т - температура газу. Розглянемо термодинамічні цикли в координатах р-V.

2. 2.1. Види термодинамічних циклів поршневих двигунів.

Термодинамічні цикли ДВЗ можна поділити на дві групи: цикли з неповним та з повним розширенням робочого тіла. Поршневі двигуни без наддуву працюють за циклами з неповним розширенням робочого тіла. Ці цикли поділяються на три види у залежності від способів підведення теплоти: з підведенням теплоти при сталому об'ємі (при V=const) —за цим циклом працюють ДВЗ з іскровим запалюванням (рис. 1, а); з підведенням теплоти при сталому тиску (при р = const) —за цим циклом працюють компресорні дизелі, в яких вприскування палива в циліндр здійснюється за допомогою стиснутого повітря (рис. 1, б) (зараз такі двигуни практично не застосовуються); та із змішаним підведенням теплоти, коли одна частина теплоти Q’1 підводиться при сталому об'ємі, а друга Q”1—при сталому тиску — за цим циклом працюють безкомпресорні сучасні дизелі (рис. 1, в).

У всіх трьох циклах теплота відводиться при V=const. У кожному з них а, с, z', z, b — характерні точки циклу; а-с - адіабатний стиск; с-z - підведення теплоти; z-b - адіабатне розширення; b-а - відведення теплоти; Q1 — кількість підведеної теплоти; Q2 — кількість відведеної теплоти. У циклі зі змішаним підведенням теплоти Q1= Q’1 + Q”1. 2.2. Показники термодинамічних циклів

Розглянемо їх на прикладі циклу із змішаним підведенням теплоти (рис. 2).

Термодинамічні цикли поршневих ДВЗ характеризуються рядом параметрів, а саме: ступенем стиску

ступенем попереднього розширення

, (2)