Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Назначение и типы автомобильных двигателей

Назначение и типы автомобильных двигателей

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет

сервиса и экономики

Тема: «Назначение и типы автомобильных двигателей»

Выполнил студент 3-ого курса

1. Основные типы двигателей

2. Основные определения и параметры двигателя

3. Рабочий процесс (цикл) четырехтактных двигателей

4. Порядок работы двигателя

5. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Список использованной литературы

Двигатель автомобиля представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на движущиеся в их цилиндрах поршни. Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти. Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти. Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензиновые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25 . 30% меньше, чем у бензиновых двигателей.

У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюраторе (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (двигатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, двигатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива. В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляется за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движений поршней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором. Принудительное воспламенение горючей смеси от электрической искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях.

1. Основные типы двигателей

Применяемые на автомобилях двигатели подразделяются на типы по различным признакам (рис.1).

Рис.1. Основные типы автомобильных двигателей, классифицированных по различным признакам

У четырехтактных двигателей полный рабочий процесс (цикл) совершается за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), которые последовательно повторяются при работе двигателей. Рядные двигатели имеют цилиндры, расположенные в один ряд вертикально или под углом 20. 40° к вертикали. V-образные двигатели имеют два ряда цилиндров, расположенных под углами 60, 75° и чаще 90е. V-образный двигатель с углом 180° между рядами цилиндров называется оппозитным. Двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровые двигатели выполняются обычно рядными, а шести-, восьми- и многоцилиндровые — V-образными. В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве охлаждающего вещества используют антифризы (низкозамерзающие жидкости), температура замерзания которых -40 °С и ниже. В двигателях с воздушным охлаждением охлаждающим веществом является воздух. Большинство двигателей имеет жидкостное охлаждение, так как оно наиболее эффективное.

2. Основные определения и параметры двигателя

Рассмотрим основные параметры двигателя, связанные с его работой (рис. 2). Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна нулю. Ход поршня (S) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота). Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое. Рабочий объем цилиндра (Vk) — объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ. Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ. Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ:

Рабочий объем (литраж) двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (см3). Степень сжатия (s) — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е. s = Va/Vc

Читать еще:  Вариатор 01j301383r wwo для каких двигателей ауди

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Внешняя скоростная характеристика — двигатель

Внешние скоростные характеристики двигателя ЗИЛ-130 при турбонаддуве и без него показаны на рис. 126, где также приведены избыточные давления наддува pH 0 05 — f — — f — 0.48 кгс / см2, зависящие от числа оборотов. [2]

Внешние скоростные характеристики двигателей внутреннего сгорания в относительных единицах приведены на рис. 2.13. Эти характеристики соответствуют 100 % — му открытию дроссельной заслонки карбюраторных двигателей и полной подаче топливного насоса дизеля. [3]

Помимо внешней скоростной характеристики двигателя , могут быть получены частичные характеристики, соответствующие различным положениям прикрытого дросселя. На рис. 16 6 приведены внешняя ( 100 %) и две частичных характеристики двигателя, соответствующие 40 и 20 / о открытия дроссельной заслонки. [4]

На рис. 11 показана внешняя скоростная характеристика двигателя и две частичные характеристики мощности двигателя N c, N c при уменьшенной подаче топлива. [5]

На рис. 17.14 приведены внешние скоростные характеристики двигателя В2 — 400 без корректора и с корректором — подачи топлива. [7]

Такую зависимость принято называть внешней скоростной характеристикой двигателя . [8]

Характер протекания кривой мощности, определяемой внешней скоростной характеристикой двигателя , зависит от изменения индикаторной мощности и мощности механических потерь и часовых расходов топлива при полной нагрузке на разных числах оборотов. [9]

Скоростная характеристика двигателя, снятая при максимальной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой двигателя . [10]

Скоростная характеристика, соответствующая полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или полной подаче топливного насоса дизельного двигателя, называется внешней скоростной характеристикой двигателя . Таким образом, внешняя скоростная характеристика определяет наибольшие мощности, которые можно получить от данного двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала. [11]

В первую очередь выполняют тепловой расчет двигателя для определения его основных размеров, термодинамических параметров и предполагаемой экономичности, а также выявления внешней скоростной характеристики двигателя и усилий, действующих на его основные детали. Полученные величины сравниваются с аналогичными величинами современных, хорошо зарекомендовавших себя двигателей. [12]

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, характеристики М f ( п) и Nе f ( n ] носят название внешних скоростных характеристик двигателя . Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и N е параметров процесса, то характеристика называется абсолютной внешней скоростной. [13]

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, то характеристики М f ( n) и Ne f ( n) называются внешними скоростными характеристиками двигателя . Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и Ne параметров процесса, то каждая из указанных характеристик называется абсолютной внешней скоростной. [14]

Анализ влияния режимов работы двигателя с искровым зажиганием на его склонность к детонации показывает, что в основном наименьшее октановое число топлива, при котором отсутствует детонация, следует выбирать но внешней скоростной характеристике двигателя . [15]

Скоростные характеристики двигателей

Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эффективность их использования, техническое состояние и каче­ство ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей

Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме двигателя от угловой скорости коленчатого вала ωе.

У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные.

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива, частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топ­лива. На частичных скоростных характеристиках значения эффективной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен. Тягово-скоростные свойства автомобиля. Определяют при работе двигателя только на внешней скоростной характеристике. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рис. 3.3.

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

Nmах — максимальная (номинальная) эффективная мощность;

Читать еще:  Большое давление масла на двигателе змз 406

ωN — угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

Мmах — максимальный крутящий момент;

ωм — угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

Nм — мощность при максимальном крутящем моменте;

MN — крутящий момент при максимальной мощности;

ωmin — минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей ωmin = 80. 100 рад/с;

ωmax — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорости автомобиля при движении на высшей передаче; для бензиновых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала

Из рис. 3.3 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ωN и ωм, а затем уменьшаются с ростом ωe вследствие ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают динамические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя.

В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ωм до ωN.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала показана на рис.3.4. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях и автобусах. Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигателя и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя.

Включение ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ωmах = (0,8. 0,9)ωN.

Внешняя скоростная характеристика дизеля. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

Рис. 3.5. Внешняя скоростная характеристика дизеля с регулятором угловой

скорости коленчатого вала

У дизелей мощность не достигает максимального значения при ωм вследствие неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальная мощность, соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т.е. Nmax при угловой скорости ωmax = ωN и МN. Скоростные характеристики двигателей определяют экспериментально в процессе их испытаний на специальных стендах.

При проведении испытаний с двигателя снимают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Если экспериментальная скоростная характеристика отсутствует, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную характеристику можно рассчитать, используя известные соотношения.

Для бензиновых двигателей

Для четырехтактных дизелей

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Окружная сила на ведущих колесах, движущая автомобиль, возникает в результате того, что к ведущим колесам подводится через трансмиссию крутящий момент от двигателя.

Влияние двигателя на тягово-скоростные свойства автомобиля определяется его скоростной характеристикой (СХ), которая представляет собой зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты его вращения. Если эта характеристика снята при максимальной подаче топлива в цилиндр, то она называется внешней, если при неполной подаче – частичной. Скоростную характеристику находят экспериментально при испытании двигателя на тормозном стенде.

Для расчета внешней скоростной характеристики двигателя необходимо взять технические характеристики значения ключевых точек.

1. Максимальная мощность двигателя: Nmax, кВт. Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности: nN, об/мин.

2. Максимальный крутящий момент двигателя: Меmах, кН·м. Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту: nM, об/мин.

Промежуточные значения определяются из уравнения полинома:

где Ne – текущее значение мощности двигателя, кВт;

Nmax – максимальная мощность двигателя, кВт;

ωe – текущее значение частоты вращения коленчатого вала, рад/с;

ωN – частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, соответствующая максимальному значению мощности, рад/с;

а, b, с – коэффициенты полинома.

Коэффициенты полинома рассчитывают по следующим уравнениям:

; (5.2)

; (5.3)

, (5.4)

где Км – коэффициент приспособляемости по моменту; Кω – коэффициент приспособляемости по частоте вращения.

Коэффициенты приспособляемости рассчитывают по формулам:

где ωМ — частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, соответствующая максимальному крутящему моменту, рад/с; МN – момент, соответствующий максимальной мощности:

Перевод частоты об./мин в рад/с: ω=pn/30. (5.8)

Для проверки правильности расчетов коэффициентов полинома должно выполняться равенство: а+b+с=1.

Читать еще:  Ауди 100 двигатель не держит обороты

Подставив имеющиеся теперь исходные данные в уравнение полинома, (5.1) вычисляют значения мощности двигателя. Расчет характеристик Nе=f(ωe) следует производить для следующих значений ωe: ωemin, ωМ, ωN и еще 3…4 точки, равномерно расположенные в диапазоне частоты от ωemin до ωN.

Для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения коленчатого вала мощность рассчитывается также для wеmax =(1,10…1,15)·ωN. Для дизельных двигателей устойчивое значение максимальной частоты вращения wеmaxN. Значение величины крутящего момента

Рассчитанные значения мощности и момента будут несколько отличаться от фактических, передаваемых в трансмиссию за счет потерь мощности двигателя на привод вспомогательного оборудования. Поэтому фактические значения мощности и момента определяются по формулам:

где Кп − коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательного оборудования; Кп = 0,95…0,98 − для легковых автомобилей; Кп=0,93…0,96 − для грузовых и автобусов.

Для задачи принимаем Кп = 0,93.

Пример 1. Рассчитаем внешнюю скоростную характеристику двигателя автомобиля ГАЗ-3307. Значения в ключевых точках берут из краткой технической характеристики:

1. Максимальная мощность двигателя Nmax = 88,5 кВт. Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности, nN = 3200 об/мин.

2. Максимальный крутящий момент двигателя Меmах = 284,5 Н·м. Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту, nM=2500 об/мин.

3. Произведем перевод частот в рад/с по (5.8):

ωМ= 3,14·2500/30 = 261,7 рад/с;

ωN = 3,14·3200/30 = 335,1 рад/ с.

4. Крутящий момент при максимальной мощности рассчитаем по (5.7):

МN = 88,5/335,1 = 0,264 кН×м.

5. Определим коэффициенты приспособляемости по моменту и по частоте вращения по формулам (5.5), (5.6):

6. Рассчитаем коэффициенты полинома по формула (5.2)-(5.4):

;

;

.

7. Проверим правильность вычислений: а+b+с=0,573+1,404 – 0,977 = 1.

Следовательно, расчеты коэффициентов произведены правильно.

8. Проведем расчеты мощности и крутящего момента для холостого хода. Минимальная частота вращения, при которой двигатель работает устойчиво с полной нагрузкой, находится в пределах ωemin=60…80 рад/с, причем меньшее значение характерно для карбюраторных двигателей, а большее — для дизельных, поэтому расчет проводим для ωх.х= ωemin=60 рад/с по формуле (5.1):

Ne(60) = 88,5·[0,576·(60/335,1)+1,404·(60/335,1) 2 –0,977(60/335,1) 3 ]=12,56 кВт;

по (5.10), (5.11) вычислим

Дальнейшие расчеты заносим в табл.5.1, по данным которой строим графики изменения внешней скоростной характеристики, т.е. зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты его вращения.

Точки ω1, ω2, ω3, ω4 на графике выбирают следующим образом, диапазон частоты от ωemin= ωх.х до ωN делят на количество интервалов (в данном случае их 5), т.е. ωN— ωх.х=275,1 разделим на 5 и получим диапазон между выбранными частотами ω1, ω2, ω3, ω4 равный 55,02.

Расчет значений внешней скоростной характеристики

Параметрыωx.xω1ω2ω3ω4ωN1,1·ωNωМ
ωe, рад/с60,00115,02170,04225,06280,08335,10368,61261,70
ωeN0,1790,3430,5070,6720,8361,01,10,8
Ne, кВт12,5628,5446,4263,9078,6988,5091,0574,19
Me, кН×м0,2090,2480,2730,2840,2810,2640,2470,284
Neф, кВт11,6826,5443,1759,4373,1982,3184,6869,00
Меф, кН×м0,1950,2310,2540,2640,2610,2460,2300,264

Внимание! Графики изменения внешней скоростной характеристики построить самостоятельно, используя данные из табл. 5.1.

Правильность расчетов и построений проверяют следующим образом:

1) кривая изменения мощности обязательно должна проходить через точку с координатами (NmaxN);

2) кривая изменения момента двигателя должна проходить через точку с координатами (МеmахМ);

3) экстремум функции моментов должен находиться в точке с координатами (МеmахМ).

В заключение необходимо сделать вывод о выполненных расчетах и правильности построения внешней скоростной характеристики. Приведем пример вывода.

Вывод: была рассчитана и построена внешняя скоростная характеристика, которая удовлетворяет трем условиям проверки правильности расчетов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector