Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов заочной формы обучения специальности 190601-«Автомобили и автомобильное хозяйство»
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный технический университет Кафедра машиностроения и автомобильного транспорта АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов заочной формы обучения специальности 190601-«Автомобили и автомобильное хозяйство» Краснодар – 2008 УДК 621.431 Автомобильные двигатели. Конструкция и расчет автомобильных двигателей: Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения / Сост. А.Д.Ниров. - Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. машиностроения и автомобильного транспорта. - Краснодар: Изд. ГОУВПО «КубГТУ», 2008 - с. Работа подготовлена на кафедре «Машиностроение и автомобильный транспорт». Включает программу первой части курса, вопросы для самопроверки, список литературы. Печатается по решению методического совета Кубанского государст-венного технологического университета. Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Д.Л. Поправка ^ Программа курса «Автомобильные двигатели» предусматривает изучение трех основных разделов: теорию автомобильных двигателей (раздел I); питание двигателей (раздел II); конструкцию и расчет автомобильных двигателей (раздел III). После изучения теоретических разделов курса и выполнения цикла лабораторных работ выполняется курсовая работа, которая требует знаний по всем трем разделам изучаемой дисциплины «Автомобильные двигатели». ^ Раздел I. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Тема 1. Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Общие понятия. КПД и удельная работа цикла. Обобщенный цикл. Циклы с подводом теплоты при постоянном объеме, постоянном давлении и комбинированном подводе теплоты. Влияние различных факторов на показатели цикла. Сравнительный анализ циклов. ^ Основное внимание при изучении этой темы следует уделить сопоставлению между собой показателей изучаемых циклов и оценке их по коэффициентам полезного действия. [1,с. 13-28; 2, с. 10-22] ^
^ Реакция сгорания жидкого и газообразного топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива. Коэффициент избытка воздуха. Характеристики топлива. Состав горючей смеси. Полное и неполное сгорание топлива. Количество и состав продуктов сгорания. Коэффициент молекулярного изменения. Теплота сгорания топлива и горючей смеси. Зависимость теплоты сгорания горючей смеси от состава и коэффициента избытка воздуха. Теплоемкость свежего заряда и продуктов сгорания. ^ В автомобильных двигателях, главным образом, используется топливо нефтяного происхождения, которое состоит в основном из углерода и водорода. Изучение процесса сгорания сводится к рассмотрению реакций, происходящих между углеродом, водородом и кислородом. Поэтому, зная условия протекания этих реакций, важно уметь определять теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива. Сгорание может осуществляться с недостатком и с избытком воздуха. В связи с этим необходимо иметь представление о коэффициенте избытка воздуха. Для определения параметров конца сгорания - температуры и давления - важно уметь определять теплоемкости свежего заряда и продуктов сгорания. [1, с. 20-55; 2, с. 23–434; 3, с. 4-18.] Вопросы и задания для самопроверки
Тема 3. Действительные циклы Характер протекания действительных циклов и их основные отклонения от теоретических циклов. Индикаторные диаграммы действительных циклов в четырех и двухтактных двигателях. Особенности протекания действительного цикла в двигателе с воспламенением от сжатия. Фазы газораспределения. ^ Протекание действительного цикла в автомобильных двигателях значительно отличается от теоретического. Осуществление действительного цикла по сравнению с теоретическим связано не только с конструктивными особенностями двигателя, но и со значительными дополнительными тепловыми и гидравлическими потерями. К потерям относятся: 1) работа, затраченная на осуществление впуска и очистку цилиндров двигателя от продуктов сгорания; 2) теплообмен между рабочим телом и охлаждающей средой на протяжении всего времени, в течение которого осуществляется действительный цикл. В связи с этим в действительном цикле процессы сжатия и расширения протекают по политропическим зависимостям. Подвод тепла в процессе сгорания топлива и отвод тепла с выпускными газами происходит в действительном цикле на протяжении определенного времени, а не мгновенно, как в теоретическом. Отличие действительного цикла от теоретического состоит также в том, что теплоемкость реального рабочего тела изменяется с изменением температуры, тогда как в теоретическом цикле предполагается, что рабочее тело является идеальным газом и его теплоемкость не зависит от температуры. В процессе изучения действительных циклов необходимо уметь изображать их в виде индикаторных диаграмм. [1, с. 56-66; 2, с. 62; с. 120-122] ^
^ Процесс газообмена в быстроходных двигателях. Факторы, влияющие на протекание процесса наполнения, гидравлические сопротивления впускной системы, подогрев заряда, остаточные газы. Определение температуры и давления в конце впуска. Коэффициент наполнения. Наполнение в двухтактных двигателях. Действительная и условная степень сжатия. Коэффициент утечки и продувки, числовые значения параметров процесса впуска. Методика расчета процесса газообмена на основе уравнения баланса энергии. ^ Основными физическими явлениями, влияющими на параметры впуска рабочего заряда в цилиндры двигателя, являются гидравлические сопротивления впускной системы двигателя, подогрев свежего заряда на протяжении такта впуска и остаточные продукты сгорания от предыдущего цикла. В результате изучения физического состояния рабочего заряда к концу впуска достигается возможность объяснения причин невозможности полного заполнения цилиндров двигателя. Более полное использование объемов цилиндров приводит к увеличению количества рабочего заряда и увеличению показателей рабочего цикла двигателя. Эффективность процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения, поэтому необходимо ознакомиться с выводом уравнения для определения коэффициента наполнения и оценить факторы, влияющие на этот показатель. Особенности наполнения двухтактных двигателей связаны с действительной и условной степенями сжатия и с утечками заряда в процессе продувки. Необходимо изучить основные схемы продувки и разобраться в методике расчета процесса газообмена на основании уравнения баланса энергии. [1, с. 67-92; 2, с. 62-69; 3, с. 19-25] Вопросы и задания для самопроверки
для определения ηV. 5. Каковы значения величин давления и температуры свежего заряда в конце процесса впуска для дизелей? ^ Общие сведения о процессе сжатия. Различия в протекании процесса сжатия в действительном и термодинамическом циклах. Теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия. Показатель политропы сжатия, его изменение в процессе сжатия. Экспериментальные методы определения параметров процесса сжатия. ^ Для сгорания топлива, поступившего в цилиндры двигателя, необходимо обеспечить соответствующие температуру и давление свежего заряда, для чего свежий заряд после закрытия впускного клапана сжимается при перемещении поршня до верхней мертвой точки. В конце сжатия достигаются необходимые значения температуры и давления, которые зависят от типа двигателя. В процессе сжатия происходит теплообмен между свежим зарядом и стенками цилиндра двигателя. Необходимо обратить внимание на физику явления теплообмена и уяснить причины и характер отличий сжатия действительного цикла и теоретического. Обосновать справедливость принятого для расчетов среднего показателя политропы сжатия. Особое внимание следует обратить на факторы, влияющие на процесс сжатия. [1, с. 98-100; 2, с. 69-72; 3, с. 25-28] ^
10 7. Приведите порядок значений величин температуры и давлений в конце сжатия для дизеля и двигателя с искровым зажиганием. ^ Физико-химическая сущность процесса сгорания горючей смеси в цилиндре двигателя. Самовоспламенение топливовоздушных смесей и распространение пламени. Концентрационные пределы воспламенения смеси, их физико-химическая сущность. Ламинарное, турбулентное и диффузионное горение. Сгорание горючей смеси в двигателях с искровым зажиганием. Скорости распространения пламени в камере сгорания, их зависимость от различных факторов. Основные фазы процесса и их объяснение по развернутой индикаторной диаграмме. Скорость нарастания давления, характеристика активного тепловыделения. Диссоциация продуктов сгорания. Теплоотдача в стенки камеры сгорания. Влияние основных конструктивных факторов на процесс сгорания в карбюраторных двигателях: степени сжатия, формы камеры сгорания, количества и расположения свечей зажигания, размеров цилиндра, материалов основных деталей, замыкающих объем камеры сгорания. Влияние основных эксплуатационных факторов: состава горючей смеси, угла опережения зажигания, числа оборотов, степени дросселирования, интенсивности охлаждения, нагарообразования, технического состояния двигателя. 11 Детонационное сгорание в двигателях с искровым зажиганием. Внешние признаки детонации. Опасность детонации для двигателя. Причины, вызывающие появление детонационного сгорания. Влияние различных факторов на момент возникновения и интенсивность детонации. Основные методы устранения детонации. Преждевременное воспламенение от накаленных поверхностей и от частиц тлеющего нагара. Последующее самовоспламенение. Протекание процесса сгорания в дизелях. Фазы сгорания. Период задержки воспламенения и его зависимость от скоростного режима, сорта топлива, давления и температуры сжатия. Скорости нарастания давления в процессе сгорания и максимальное давление цикла в быстроходных дизелях. Факторы, влияющие на процесс сгорания в дизеле. Термодинамика процесса сгорания в дизелях. Коэффициенты полноты сгорания, теплоотдачи и использования теплоты как основные факторы, учитывающие потери тепловой энергии. Определение температуры конца видимого сгорания, степени повышения давления, предварительного расширения. Числовые значения этих параметров в двигателях с искровым зажиганием и в дизелях. ^ Физико-химическая сущность сгорания заключается в том, что при определенных температурных условиях происходят интенсивные реакции между топливом и кислородом воздуха. При этом меняется состав, выделяется тепловая энергия и протекает нарастающий процесс распространения пламени по всей камере сгорания. 12 Воспламенение и распространение пламени в цилиндре двигателя зависит от концентрационных пределов воспламенения смеси, которые оцениваются коэффициентом избытка воздуха. Следует обратить внимание на различие концентрационных пределов для различных видов топлива. Скорость нарастания давлений зависит от тепловыделения, следует разобраться в механизме закона тепловыделения и факторах, влияющих на него. Необходимо усвоить причины возникновения детонации и меры борьбы с этим явлением в двигателях, изучить отличия в процессах сгорания дизелей и карбюраторных двигателей и факторы, обусловливающие эти различия, возможности управления процессом сгорания. В результате анализа процесса сгорания определяются температура и давление в конце сгорания. Необходимо уяснить физический смысл и определить предельные значения коэффициентов полноты сгорания и предварительного расширения. [1, с. 101-135; 2, с. 72-96; 3, с. 28-32] ^
13
^ Особенности процесса расширения в действительном цикле. Влияние характера протекания процесса и теплоотдачи стенкам на теп-лоиспользование. Показатель политропы и его изменение в процессе 14 расширения. Расчетное определение давления и температуры конца расширения. ^ Процесс расширения газов в действительном цикле отличается от предусматриваемого расширения газов в теоретическом цикле. Необходимо рассмотреть эти отличия, с тем чтобы обоснованно выбирать показатель политропы расширения, изучить методику вывода формул для определения температуры и давления в конце расширения и уяснить, какие факторы влияют на эти параметры. [1, с. 136-138; 2, с. 96-99; 3, с. 33-37] ^
^ Характер протекания процесса выпуска. Гидравлические сопротивления в выпускной системе. Факторы, влияющие на величину потерь при выпуске. 15 Конструктивные мероприятия по экологии в отношении токсичности выхлопа, шума и вибраций. ^ Рабочий цикл двигателя завершается процессом выпуска. Система выпуска газов осуществляет не только очистку цилиндров от отработавших газов, но и выполняет функции глушения шума и нейтрализатора. В процессе изучения этой темы необходимо уделить внимание физическим явлениям, которые обусловливают процесс очистки цилиндров двигателя и выпуска продуктов сгорания. Особое внимание следует обратить на мероприятия по регулировкам рабочего процесса, способствующим уменьшению в выпускных газах вредных составляющих для здоровья человека и окружающей среды. [1, с. 139-143; 2, с. 99-100; 3, с. 37-38] ^
16 ^ Индикаторные показатели Среднее индикаторное давление действительного цикла. Его аналитическое определение для различных двигателей. Влияние отдельных факторов на величину среднего индикаторного давления. Индикаторная мощность. Индикаторный коэффициент полезного действия. Расчетное определение индикаторного КПД. Влияние отдельных факторов на величину индикаторного КПД. Индикаторный расход топлива. Связь между основными параметрами, характеризующими рабочий цикл. ^ Основными показателями рабочего цикла, показывающими эффективность преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу, являются индикаторные показатели двигателя. Это среднее индикаторное давление цикла, индикаторный КПД, индикаторный удельный расход топлива и индикаторная мощность. В зависимости от влияния различных факторов на протекание рабочего процесса индикаторные показатели двигателя меняются и при определенных условиях могут иметь оптимальные значения. При изучении этой темы особое внимание следует уделить анализу величин, входящих в формулы для вычисления перечисленных 17 выше параметров, и их взаимовлиянию, которое в конечном итоге отражается на эффективности рабочего цикла. [1, с. 144-182; 2, с. 103-110; 3, с. 38–42] ^
^ Механические потери в двигателе. Потери на трение, их распределение по основным сопряженным узлам двигателя. Потери на процесс газообмена. Затраты мощности на привод вспомогательных механизмов. Среднее эффективное давление. Литровая и удельная поршневая мощность. Механический КПД. Зависимость механического КПД от скоростного и нагрузочного режимов. Эффективный КПД двигателя. Эффективный удельный расход топлива. Факторы, влияющие на эффективные показатели двигателя. 18 ^ Эффективные показатели по сравнению с индикаторными показателями рабочего цикла оценивают работу двигателя в целом. Отличаются эффективные показатели от индикаторных на величину механических потерь. Необходимо подробно рассмотреть все составляющие механических потерь, от чего они зависят и какую долю они составляют от общих потерь. Особое внимание рекомендуется уделить определению величин эффективных показателей и пределам их варьирования у современных двигателей. [1, с. 152-193; 2, с. 110-117; 3, с. 42–46] Вопросы и задания для самопроверки
^ Оборудование и аппаратура, применяемые при испытании двигателей, ГОСТы на методы типовых испытаний автотракторных двигателей, обработка результатов испытаний. Виды характеристик: скорост- 19 ные, нагрузочные, регулировочные, регуляторные, холостого хода, шумность двигателей. Анализ показателей двигателя по характеристикам. Краткие сведения по технике безопасности при проведении испытаний. ^ Характеристики двигателя снимаются на испытательных стендах, оснащенных приборами. При изучении этой темы необходимо изучить перечень параметров, которые требуется измерять, и методы измерения и обработки результатов. Необходимо разобраться, для каких целей снимаются характеристики и какие данные по ним анализируются. [1, с. 193-210; 2, с. 182-192; 3, с. 80-89] Вопросы и задания для самопроверки
20 5. Какие требования необходимо соблюдать для обеспечения техники безопасности при проведении испытаний двигателя? ^ Применение наддува на автомобильных двигателях. Системы наддува. Агрегаты наддува. Газотурбинный наддув. Экономические и мощностные показатели двигателя при наддуве. ^ Значительное повышение удельной мощности двигателя можно получить при применении наддува. Это достигается за счет увеличения количества свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя. Наддув различают на частичный, полный и высокий. Для осуществления нагнетания свежего заряда в цилиндры двигателя применяют осевые, центробежные и объемные компрессоры с приводом от коленчатого вала и от газовой турбины. При изучении этой темы надо обратить внимание на целесообразность применения наддува в зависимости от назначения двигателя и необходимости его форсировки. [1, с. 211-226; 2, с. 128-137] ^ 1. Чем ограничивается возможность повышения мощности у безнаддувных двигателей? 21
Тема 7. Тепловой баланс двигателя Внутренний и внешний тепловой балансы. Распределение тепла в зависимости от режима работы двигателя. Влияние основных конструктивных и эксплуатационных параметров на теплоиспользо-вание. ^ В двигателях на полезную работу используется только 20...40 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. Остальная же часть тепла не реализуется в эффективную работу и теряется с отработавшими газами, отдается в охлаждающую среду и уносится с несгоревшей частью топлива. В теории двигателя распределение этих составляющих тепла представляется в виде уравнения, называемого тепловым балансом двигателя. Анализ составляющих теплового баланса двигателя при различных режимах работы позволяет оценивать степень совершенства двигателя и намечать пути совершенствования его рабочего процесса. 22 ^
Раздел II. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Тема 1. Системы питания двигателей с искровым зажиганием Карбюрация Роль и значение карбюрации в рабочем процессе двигателя с принудительным зажиганием. Требования, предъявляемые к карбюраторам. Рабочий процесс элементарного карбюратора. Истечение топлива из жиклера. Коэффициент расхода жиклера. Совместное истечение топлива и воздуха. Характеристика элементарного карбюратора. Корректирование характеристики карбюратора по скоростной и нагрузочной характеристикам двигателя. Вспомогательные системы карбюратора. Регулир. 23 свойства топлива. Распыливание, испарение и поверхностное натяжение топлива. ^ Приготовление горючей смеси в карбюраторных двигателях осуществляется вне цилиндров в смесительной камере карбюратора. При изучении этого вопроса необходимо обратить особое внимание на физику приготовления рабочей смеси. Автомобильный двигатель работает в основном в условиях постоянно меняющихся режимов. Поэтому количество и состав смеси должен постоянно меняться. Экономичная и мощностная регулировки карбюраторов, коэффициенты избытка воздуха α при этих регулировках, требования к карбюраторам - это практические знания по теории карбюрации. Важно иметь также представление о методах корректировки характеристики элементарного карбюратора для обеспечения различных режимов работы двигателя. Необходимо изучить вспомогательные системы карбюратора, их устройство и принцип действия. Разобраться в вопросах смесеобразования и качества приготовления горючей смеси. [1, с. 227-234; 2, с. 118-120; 3, с. 67-79] Вопросы и задания для самопроверки
24
Тема 2. Впрыск топлива и смесеобразование в дизелях Способы подачи и распыливания топлива в цилиндре дизеля. Различные способы смесеобразования при непосредственном впрыске. Методы управления подачей топлива. Развитие факела распыленного топлива и его взаимодействие с потоком газа. Однополостные и многополостные камеры сгорания. Смесеобразование в вихревых камерах и предкамерах. Топливный насос высокого давления. Характеристики подач топливных насосов. Корректирование характеристик подач. Форсунки. Типы форсунок и распылителей. Характеристики форсунок. Совместная работа насоса и форсунки. Характеристика впрыска топлива по углу поворота кулачка. 25 Регулятор частоты вращения. Характеристики двигателя при работе на двухрежимном и всережимном регуляторах. Степень нечувствительности и неравномерности регулятора. ^ В дизеле процесс подачи топлива в цилиндр осуществляется в течение 30...40° угла поворота коленчатого вала. Время, отводимое на впрыск и распыливание топлива в дизелях, примерно в 8... 10 раз меньше, чем в карбюраторном на приготовление смеси. Это является характерной особенностью этих типов двигателей, а смесеобразование называют внешним и внутренним. Впрыск топлива, распыливание и смесеобразование в камере сгорания дизеля производится топливоподающей аппаратурой, от совершенства которой зависят мощностные и экономические показатели автомобильных дизелей. Автотракторные двигатели имеют два вида топливных систем: разделенную и неразделенную. При изучении темы необходимо обратить внимание на особенности смесеобразования в дизелях, на отличия объемного и пленочного смесеобразования, на способы дозирования топлива и корректирования их характеристик, изучить устройство, принцип действия и характеристики различных конструкций форсунок. Для поддержания скоростного режима работы дизеля они снабжаются регуляторами. [1, с. 277-355; 2, с. 172-181] Вопросы и задания для самопроверки 1. Какие функции выполняет топливоподающая система? 26
10. В чем заключается основная функция форсунки и как она осуществляется в различных её типах и конструкциях?
27 ^
Для выполнения лабораторных работ по курсу «Автомобильные двигатели» студентам необходимо изучить теорию по перечисленным в данных методических указаниях темам, выполнить контрольную работу и ознакомиться с правилами по технике безопасности при проведении испытаний двигателя на стенде. После выполнения лабораторных работ, оформленные по ним отчеты защищаются индивидуально. Список литературы
31 Оглавление ^ Раздел I. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 3 Тема 1. Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания 3 Тема 2. Химические реакции топливовоздушных смесей……………...4 Тема 3. Действительные циклы 6 Тема 4. Показатели рабочего цикла 17 Тема 5. Характеристики автомобильных двигателей…………………19 Тема 6. Наддув двигателя 21 Тема 7. Тепловой баланс двигателя 22 Раздел П. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ 23 Тема 1. Карбюрация 23 Тема 2. Впрыск топлива и смесеобразование в дизелях……………...25 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 28 ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ……………..31 Список литературы 32 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Программа и методические указания к изучению разделов курса для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения |
Похожие:
 | Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов заочной формы обучения специальности 190601-«Автомобили и автомобильное хозяйство» Лей: Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»... | | Методические указания для студентов специальности 050501. 15 Профессиональное обучение (автомобили и автомобильное хозяйство) дневной и заочной форм обучения Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования |
| Методические указания к изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения направлений Алгебра и геометрия [Текст]+[Электронный ресурс]: методические указания к изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения... | | Методические указания по изучению курса для студентов специальности 030501 «Юриспруденция» заочной формы обучения Утверждено на заседании кафедры предпринимательского и коммерческого права протокол № от 2012 г |
| Методические указания для студентов дневной и заочной формы обучения Специальности "Юриспруденция" Издательство "Самарский госуниверситет" Методические указания содержат программу курса, список литературы и источников, планы семинарских занятий, примерную тематику дипломных... | | Методические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине «Экономическое моделирование» для студентов заочной формы обучения Методические рекомендации предназначены для студентов заочной формы обучения направления 080100. 62 «Экономика» |
| Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы обучения по специальности ... | | Методические указания к проведению практических занятий для студентов специальности Методические указания содержат контрольные вопросы и практические задания по основным темам курса «Теория бухгалтерского учета» для... |
| Методические указания по их выполнению для студентов заочной формы обучения по специальности Методические указания и задания к контрольным работам составлены в соответствии с государственными образовательными стандартами второго... | | Профессионально-педагогический институт Кафедра АиАХимптд Методическое пособие предназначено для студентов четвертого курса (8-й семестр) специальности 050501. 15 "Профессиональное обучение... |
| Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения и миппс технических направлений бакалавриата Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения и миппс технических направлений бакалавриата... |