Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Учебник устройство и работа двигатели внутреннего сгорания

Учебник по устройству автомобиля вступление

Бензиновые и дизельные двигатели

В качестве силовой установки на автомобилях используется двигатель внутреннего сгорания.

По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на бензиновые, дизельные и газовые.

Бензиновые – это двигатели, работающие на жидком топливе (бензине) с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя топливо перемешивается с воздухом в определенной пропорции с помощью карбюратора.

Дизельные – это двигатели с воспламенением от сжатия, работающие на жидком топливе (дизельном топливе). Подача топлива осуществляется форсункой, а смешивание с воздухом происходит внутри цилиндра.

Газовые – это двигатели с принудительным зажиганием, которые работают на метане или пропанобутановой смеси. Перед подачей в цилиндры двигателя газ смешивается с воздухом в смесителе. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от бензиновых. Поэтому в объеме этой книги не имеет смысла подробно останавливаться на рассмотрении газовых установок. Но, если вы переоборудовали свой автомобиль на газ, то советуем вам внимательно изучить прилагаемую к газовому оборудованию инструкцию.

При работе двигателя внутреннего сгорания из каждых десяти литров использованного топлива, к сожалению, только около двух литров идет на полезную работу, а все остальные – на «согревание» окружающей среды. Коэффициент полезного действия (КПД) ныне выпускаемых двигателей составляет всего около 20%. Но мир пока не придумал более совершенного теплового двигателя, который мог бы долго и надежно работать при более высоком КПД.

Бензиновые двигатели

К основным механизмам и системам бензинового двигателя относятся:

– система выпуска отработавших газов,

Для начала, возьмем простейший одноцилиндровый бензиновый двигатель (рис. 6) и разберемся с принципом его работы. Рассмотрим протекающие в нем процессы и выясним, наконец, откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.

Основной частью одноцилиндрового двигателя (рис. 6) является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой.

Рис. 6. Одноцилиндровый бензиновый двигатель внутреннего сгорания: 1 головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

Если продолжить сравнение элементов автомобиля с известными в быту предметами, то цилиндр вместе с головкой будет похож на обыкновенный стакан, перевернутый вверх дном.

Внутри цилиндра помещен еще один «стакан», тоже вверх дном, – это поршень. На поршне в специальных канавках находятся поршневые кольца. Они скользят по зеркалу внутренней поверхности цилиндра и они же не дают возможности газам, образующимся в процессе работы двигателя, прорваться вниз. В то же время кольца препятствуют попаданию вверх масла, которым смазывается внутренняя поверхность цилиндра.

С помощью пальца и шатуна поршень соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в картере двигателя. На конце коленчатого вала крепится массивный маховик.

Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь воздуха с бензином), а через выпускной клапан выходят отработанные газы. Клапаны открываются при набегании кулачков вращающегося распределительного вала на рычаги. При сбегании кулачков с рычагов клапаны надежно закрываются под воздействием мощных пружин. Распределительный вал с кулачками приводится во вращение от коленчатого вала двигателя.

В резьбовое отверстие в головке цилиндра ввернута свеча зажигания, которая электрической искрой, проскакивающей между ее электродами, воспламеняет рабочую смесь (это горючая смесь, перемешанная с остатками выхлопных газов, о чем более подробно будет рассказано через пару страниц).

После знакомства с основными деталями одноцилиндрового двигателя вы уже начали догадываться о том, как он работает. Но давайте все-таки разберемся с тем, как происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала. Этим в двигателе занимается шатунно-поршневая группа.

Давайте посмотрим со стороны на действия велосипедиста.

Нажимая на педаль одной ногой, мы поворачиваем ось педалей на пол-оборота, затем помогает вторая нога, нажимая на вторую педаль и. колесо вращается, велосипед едет.

Необходимо отметить, что работа двух ног – это пример двухцилиндрового двигателя. Чтобы не чувствовать себя обманутым, можете привязать одну ногу к педали и использовать для нашего эксперимента только ее.

При дальнейшем изучении работы ноги велосипедиста можно увидеть принцип работы шатунно-поршневой группы двигателя. Роль шатуна выполняет голень ноги, поршнем с верхней головкой шатуна является колено, ну а нижняя головка шатуна на кривошипе – это ступня на педали.

Колено велосипедиста движется только вверх-вниз (как поршень), а ступня с педалью уже по окружности (как кривошип коленчатого вала). Это и есть преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное.

В двигателе взаимодействие деталей шатунно-поршневой группы точно такое же, как и в рассмотренном нами примере с ногой велосипедиста.

На рисунке 7 показаны некоторые параметры цилиндра и поршня, которыми характеризуется двигатель (объемы цилиндра и ход поршня).

Рис. 7. Ход поршня и объемы цилиндра двигателя: а) поршень в нижней мертвой точке; б) поршень в верхней мертвой точке

Крайние положения поршня, когда он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней «мертвой» точкой (ВМТ) и нижней «мертвой» точкой (НМТ).

При езде на велосипеде колено вашей ноги, так же как и поршень, периодически будет находиться в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положении.

Ходом поршня (S) называется путь, пройденный от одной «мертвой» точки до другой.

Объемом камеры сгорания (Vc) называется объем, расположенный над поршнем, находящимся в ВМТ.

Рабочим объемом цилиндра (Vp) называется объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ.

Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема: Vn = VP + Vc.

Рабочий объем двигателя – это сумма рабочих объемов всех цилиндров. Измеряется рабочий объем в литрах.

Пока мы рассматриваем только одноцилиндровый двигатель, а вообще двигатели современных легковых автомобилей, как правило, имеют 2, 3, 4, 5, 6, 8 и даже 12 цилиндров.

Чем больше суммарный рабочий объем, тем более мощным будет двигатель. Измеряется мощность в киловаттах или в лошадиных силах (кВт или л.с.).

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.

Рабочий цикл – это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

четырехтактные, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

двухтактные, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).

Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси (рис. 8б).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Читать еще:  Через сколько менять цепь грм на 409 двигателе

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc – см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт – рабочий ход (рис. 8в).

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.

Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов (рис. 8г).

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск. и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода! Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик (рис. 9) это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком: 1 шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Дизельные двигатели

Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой или насосом-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей значительно больше, чем у бензиновых.

Поскольку давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень велики, то происходит самовоспламенение топлива. Это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Первый такт – впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом.

При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт – сжатие, необходим для подготовки к самовоспламенению дизельного топлива.

Chainov_Ivashenko_Konstr_dvs / Чайнов Иващенко — Конструирование ДВС

Посвящается 100-летию специальности “Двигатели внутреннего сгорания” в МГТУ им. Н.Э. Баумана

Чайнов Николай Дмитриевич,

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Иващенко Николай Антонович,

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Краснокутский Андрей Николаевич,

кандидат технических наук, доцент

Мягков Леонид Львович,

кандидат технических наук, доцент

Под редакцией заслуженного деятеля

науки РФ, доктора технических наук,

профессора Н.Д. Чайнова

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по специальности “Двигатели внутреннего сгорания” направления подготовки “Энергомашиностроение”

УДК 621.43 (075.8) ББК 31.365я73

Р е ц е н з е н т ы: д р техн. наук, проф. кафедры ДВС Ярославского государственно го технического университета, заслуж. деят. науки и техники РФ ведущий специа лист – советник директора ОАО «Автодизель» В.Р. Гальговский ; д р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Комбинированные двигатели внутреннего сгорания» Рос сийского университета дружбы народов Н.Н. Патрахальцев .

Конструирование двигателей внутреннего сгорания: Учебник К65 для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направле ния подготовки «Энергомашиностроение» / Н.Д. Чайнов, Н.А. Иващенко, А.Н. Краснокутский, Л.Л. Мягков; под. ред.

Н.Д. Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.

ISBN 978 5 217 03409 3

Учебник написан коллективом преподавателей кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана – ведущей кафедры страны, отметив шей в 2007 г. 100 летие с начала подготовки специалистов по двигателям внутреннего сгорания.

Изложены основы конструирования и современные методы прочност ного анализа поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сго рания, дан анализ конструкций современных отечественных и зарубежных двигателей, рассмотрены перспективы их развития. Наряду с традиционны ми методами расчетов на прочность базовых деталей двигателей представле ны современные численные методы анализа теплового и напряженно де формированного состояний элементов двигателей с применением совре менных информационных технологий.

Для лучшего усвоения материала учебник прекрасно иллюстрирован, в том числе цветными рисунками.

Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А. и др., 2008 ISBN 978 5 217 03409 3 ОАО «Издательство «Машиностроение», 2008

Двигателестроение является од ной из наиболее наукоемких и тех нологически сложных отраслей ма шиностроения. Применение двига телей внутреннего сгорания (ДВС) на автомобильном, железнодорож ном, авиационном, речном и мор ском транспорте, а также в сельско хозяйственном и строительном ма шиностроении, добывающей про мышленности, малой энергетике, в вооруженных силах и др. выдвигает особые требования к конструкции. Такие требования связаны с возмож но большими ограничениями вред ных воздействий ДВС на человека и окружающую среду с учетом огром ных затрат конструкционных мате риалов и топлива на создание и экс плуатацию многих миллионов дви гателей различных типов и назначе ний. Уровень требований к технико экономическим показателям двига телей непрерывно возрастает, что имеет объективный характер и дик туется общей экологической и эко номической ситуацией в мировом сообществе. Это необходимо учиты вать при разработке новых и модер низации существующих конструк ций, реализуя в процессе создания двигателей новых поколений дости жения в области расчетного анализа, технологий производства, испыта ний, а также диагностики в ходе экс плуатации. В эпоху рыночных от ношений указанное является необ ходимым условием создания конст рукций двигателей с высокими тех

нико экономическими показателя ми, обладающими конкурентоспо собностью.

В учебнике излагаются основы конструирования и методы расче тов на прочность поршневых ДВС. В нем на современном научном уровне с использованием практики отечественного и зарубежного ма шиностроения представлены ос новные принципы создания совре менных ДВС различных типов и назначений на стадии проектиро вания. Проанализированы пути со вершенствования основных узлов и деталей двигателей с использова нием современных компьютерных технологий.

Читать еще:  Что будет если отключить дмрв на заведенном двигателе

Учебник рассчитан на подготовку специалистов в области энергома шиностроения по специальности 101200. При этом, наряду с подго товкой бакалавров и инженеров в рамках специальности 101200, пред усматривается и подготовка магист ров. В последнем случае углубленное изучение методов математического моделирования теплового и напря женно деформированного состоя ния, динамики и прочности элемен тов двигателя приобретают особое значение.

Настоящий учебник сохраняет традицию изложения материала, сложившуюся на протяжении мно гих десятилетий на кафедре «Порш невых двигателей» МГТУ им. Н.Э. Баумана и нашедшую отраже ние в учебниках по конструкции и

расчету ДВС, написанных профес сорами кафедры А.С. Орлиным, Д.Н. Вырубовым, М.Г. Кругловым, С.Г. Рогановым, Ф.Ф. Симаковым, М.М. Чурсиным и другими препо давателями. Вместе с этим стреми тельное развитие двигателестрое ния, направленное на существенное повышение важных технико эконо мических показателей поршневых двигателей и тесно связанное с вне дрением новейших технологических процессов, уточненных методов расчетного анализа, выходящего за рамки традиционных поверочных расчетов, применением новых мате риалов и, наконец, трансформаци ей самого процесса проектирования на базе систематического примене ния ЭВМ, потребовали существен ного изменения содержания учеб ника. Поэтому предлагаемое изда ние является новым учебником, в котором, следуя утвердившимся в МГТУ им. Н.Э. Баумана принци пам подготовки специалистов в об ласти двигателестроения с исполь зованием новейших научных дости жений, рассмотрены методы конст руирования и расчета применитель но к основным классам поршневых двигателей, применяемых в настоя щее время.

Учебник состоит из 11 глав. Пер вые две главы посвящены общим вопросам конструирования и расче там на прочность современных дви гателей внутреннего сгорания.

В условиях высокой специализа ции, когда значительная часть базо вых деталей изготавливается специа лизированными предприятиями, по строение типоразмерного ряда, вы бор компоновочной схемы и основ ных конструкционных соотношений,

включая межцилиндровое расстоя ние, относятся к ключевым момен там при создании нового двигателя. При этом процесс сквозного проек тирования с применением компью терных технологий, начиная с твер дотельного моделирования с перехо дом к инженерному анализу конст рукций и технологий изготовления двигателя (цепочки CAD CAE и САМ), является общепринятым пу тем создания наукоемкой продукции, к которой относятся и современные поршневые двигатели.

В третьей главе достаточно пол но излагается расчет перемещений, скорости, ускорений поршня и других элементов кривошипно ша тунного механизма, а также расчет сил и моментов в двигателях, вы полненных по различным компо новочным схемам. Детально рас смотрено уравновешивание двига телей. В отличие от выпущенных ранее учебников в главу включены разделы, посвященные крутиль ным и изгибным колебаниям, виб роактивности поршневых двигате лей и путям ее снижения.

Последующие шесть глав посвя щены конструированию и расчету на прочность базовых деталей дви гателей. Каждая глава построена структурно, по возможности оди наково. После анализа современ ных конструкций детали или узла с учетом их многообразия в двигате лях разных типов и назначений, указания наиболее распространен ных и перспективных материалов, рассматриваются методы повыше ния несущей способности рассмат риваемого элемента. Затем предла гается многоуровневая структура математических моделей для расче та температурных полей, полей де

формаций и напряжений с различ ной степенью глубины проведения расчетов на разных этапах создания нового или модернизации сущест вующего двигателя.

Учитывая важность компьютер ных технологий в процессе созда ния новых двигателей, в учебник включена отдельно 10 я глава, по священная основам автоматизиро ванного проектирования поршне вых двигателей. Завершается учеб ник анализом конструкций и пер спектив развития основных клас сов поршневых двигателей назем ного и водного транспорта, авиа ционных двигателей, а также дви гателей общего назначения, вклю чая малую энергетику.

По мнению авторов, предлагае мое издание будет полезно для ин женеров конструкторов, научных работников, занимающихся созда нием и исследованием поршневых двигателей.

Авторы выражают искреннюю признательность г же И.Ю. Кузне цовой и г ну Е.А. Крылову за большую помощь при подготовке рукописи данного учебника.

Авторы выражают также глу бокую благодарность ОАО «Коло менский завод» (г. Коломна) и ОАО «Автодизель» (г. Ярославль) за ока занную помощь в подготовке иллю стративного материала рукописи.

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1.1. Общие предпосылки

к разработке нового двигателя

Необходимость создания нового двигателя определяется условиями рынка, отражающими потребности различных потребителей в двигате лях определенного типа с необходи мыми технико экономическими по казателями, включая рыночную стоимость двигателя. При разработ ке новых конструкций широко ис пользуется принцип типоразмерно го ряда, позволяющий при наличии минимального числа основных раз меров двигателя, в частности, одно го диаметра цилиндров за счет из менения их числа, а также степени форсирования двигателя по пара метрам рабочего процесса обеспе чить значительный диапазон выра батываемых мощностей. При этом появляются большие возможности в отношении унификации отдель ных узлов и деталей, а следователь но, организации их специализиро ванного производства и повышения качества двигателей. Идея мощност ного ряда нашла применение в практике ведущих отечественных и зарубежных фирм производителей (ОАО «Коломенский завод» – дви гатели ряда ЧН26/26, ОАО «Автоди зель» (Ярославский моторный за вод) – двигатели Ч(Н) 13/14; Ч(Н) 14/14, КАМАЗ – двигатели Ч(Н) 12/12, Ч(Н) 12/13 и др.)

Жизненный цикл современного двигателя составляет около 25 лет, на протяжении которых конструк ция двигателя может быть модер низирована в соответствии с появ

ляющимися новыми требованиями к ее технико экономическим и, прежде всего, экологическим пока зателям.

Ускорение процесса создания и сокращение сроков модернизации двигателей возможно на базе ши рокого и систематического приме нения математического моделиро вания в двигателестроении.

Реализация с помощью новей шей вычислительной техники не прерывного процесса разработки исходных вариантов конструкции, их расчетного анализа с выбором оптимального варианта, изготов ления технической документации и производства отдельных деталей с помощью современных обраба тывающих центров стало нормой в практике передовых двигателе строительных фирм.

Сколько бы совершенным не был процесс воплощения последователь ности перечисленных стадий созда ния детали, узла и всего двигателя в целом, успех в большой степени оп ределяется выбором ряда основных параметров и соотношений, вклю чая схемные решения, которые вы полняются разработчиком.

1.2. Компоновочные схемы поршневых двигателей

Под компоновочной схемой порш невого двигателя (в рамках принятой кинематической схемы) понимается прежде всего взаимное расположе ние рабочих цилиндров и их число. Наибольшее распространение в со временных ДВС получил кривошип но шатунный механизм (КШМ) пе

§ 22. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — очень распространённый вид теплового двигателя. Топливо в нём сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Тепловые двигатели такого типа обычно устанавливают на автомобили.

На рисунке 26 показан простейший двигатель внутреннего сгорания в разрезе.

Рис. 26. Двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединённый при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5.

В верхней части цилиндра имеется два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600—1800 °С. Давление на поршень при этом резко возрастает.

Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть внутренней энергии газов превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мёртвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырёхтактными.

Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

Рис. 27. Циклы работы двигателя внутреннего сгорания

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 27, а). Объём над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создаётся разрежение. В это время открывается клапан 2 и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

Читать еще:  Что то стучит в двигателе на холодную 4jg2

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 27, б). В конце второго такта, когда поршень дойдёт до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Двигатель внутреннего сгорания:
а — мотоцикла; б — автомобиля; в — самолета

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 27, в). Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передаётся шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик продолжает вращаться по инерции и перемещает скреплённый с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

Дизель Рудольф (1858—1913)
Немецкий инженер, создатель двигателя внутреннего сгорания используемого по настоящее время.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвёртого такта, когда поршень движется вверх (рис. 27, г). В конце четвёртого такта клапан 2 закрывается.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырёх процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

В автомобилях используют чаще всего четырёхцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочерёдно происходит рабочий ход и коленчатый вал всё время получает энергию от одного из поршней. Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Чайнов Н.Д. — Конструирование двигателей внутреннего сгорания

Описание файла

PDF-файл из архива «Чайнов Н.Д. — Конструирование двигателей внутреннего сгорания», который расположен в категории «книги и методические указания». Всё это находится в предмете «силовые установки гусеничных машин» из девятого семестра, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе «книги и методические указания», в предмете «силовые установки гусеничных машин» в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Ïîñâÿùàåòñÿ 100-ëåòèþ ñïåöèàëüíîñòè“Äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ”â ÌÃÒÓ èì. Í.Ý. ÁàóìàíàÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅÄÂÑÀâòîðñêèé êîëëåêòèâ×àéíîâ Íèêîëàé Äìèòðèåâè÷,çàñëóæåííûé äåÿòåëü íàóêè ÐÔ,äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê,ïðîôåññîðÈâàùåíêî Íèêîëàé Àíòîíîâè÷,çàñëóæåííûé äåÿòåëü íàóêè ÐÔ,äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê,ïðîôåññîðÊðàñíîêóòñêèé Àíäðåé Íèêîëàåâè÷,êàíäèäàò òåõíè÷åñêèõ íàóê,äîöåíòÌÿãêîâ Ëåîíèä Ëüâîâè÷,êàíäèäàò òåõíè÷åñêèõ íàóê,äîöåíòÌÎÑÊÂÀ«ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ»2008ДЛЯ ВУЗОВÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅÄÂÈÃÀÒÅËÅÉÂÍÓÒÐÅÍÍÅÃÎÑÃÎÐÀÍÈßÏîä ðåäàêöèåé çàñëóæåííîãî äåÿòåëÿíàóêè ÐÔ, äîêòîðà òåõíè÷åñêèõ íàóê,ïðîôåññîðà Í.Ä.

×àéíîâàÄîïóùåíî Ìèíèñòåðñòâîì îáðàçîâàíèÿè íàóêè Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè â êà÷åñòâåó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõçàâåäåíèé, îáó÷àþùèõñÿ ïî ñïåöèàëüíîñòè“Äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ”íàïðàâëåíèÿ ïîäãîòîâêè“Ýíåðãîìàøèíîñòðîåíèå”ÌÎÑÊÂÀ«ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ»2008УДК 621.43 (075.8)ББК 31.365я73К65Р е ц е н з е н т ы: др техн. наук, проф. кафедры ДВС Ярославского государственного технического университета, заслуж. деят. науки и техники РФ ведущий специалист – советник директора ОАО «Автодизель» В.Р.

Гальговский; др техн. наук,проф., зав. кафедрой «Комбинированные двигатели внутреннего сгорания» Российского университета дружбы народов Н.Н. Патрахальцев.Конструирование двигателей внутреннего сгорания: УчебникК65 для студентов высших учебных заведений, обучающихся поспециальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления подготовки «Энергомашиностроение» / Н.Д. Чайнов,Н.А. Иващенко, А.Н.

Краснокутский, Л.Л. Мягков; под. ред.Н.Д. Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.ISBN 9785217034093Учебник написан коллективом преподавателей кафедры «Поршневыедвигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана – ведущей кафедры страны, отметившей в 2007 г. 100летие с начала подготовки специалистов по двигателямвнутреннего сгорания.Изложены основы конструирования и современные методы прочностного анализа поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания, дан анализ конструкций современных отечественных и зарубежныхдвигателей, рассмотрены перспективы их развития. Наряду с традиционными методами расчетов на прочность базовых деталей двигателей представлены современные численные методы анализа теплового и напряженнодеформированного состояний элементов двигателей с применением современных информационных технологий.Для лучшего усвоения материала учебник прекрасно иллюстрирован, втом числе цветными рисунками.ББК 31.365я73ã Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А.

и др., 2008ISBN 9785217034093 Ó ОАО «Издательство «Машиностроение», 2008Предисловиеникоэкономическими показателями, обладающими конкурентоспособностью.В учебнике излагаются основыконструирования и методы расчетов на прочность поршневых ДВС.В нем на современном научномуровне с использованием практикиотечественного и зарубежного машиностроения представлены основные принципы создания современных ДВС различных типов иназначений на стадии проектирования. Проанализированы пути совершенствования основных узлов идеталей двигателей с использованием современных компьютерныхтехнологий.Учебник рассчитан на подготовкуспециалистов в области энергомашиностроения по специальности101200. При этом, наряду с подготовкой бакалавров и инженеров врамках специальности 101200, предусматривается и подготовка магистров.

В последнем случае углубленноеизучение методов математическогомоделирования теплового и напряженнодеформированного состояния, динамики и прочности элементов двигателя приобретают особоезначение.Настоящий учебник сохраняеттрадицию изложения материала,сложившуюся на протяжении многих десятилетий на кафедре «Поршневых двигателей» МГТУ им.Н.Э. Баумана и нашедшую отражение в учебниках по конструкции иДвигателестроение является одной из наиболее наукоемких и технологически сложных отраслей машиностроения. Применение двигателей внутреннего сгорания (ДВС)на автомобильном, железнодорожном, авиационном, речном и морском транспорте, а также в сельскохозяйственном и строительном машиностроении, добывающей промышленности, малой энергетике, ввооруженных силах и др.

выдвигаетособые требования к конструкции.Такие требования связаны с возможно большими ограничениями вредных воздействий ДВС на человека иокружающую среду с учетом огромных затрат конструкционных материалов и топлива на создание и эксплуатацию многих миллионов двигателей различных типов и назначений. Уровень требований к техникоэкономическим показателям двигателей непрерывно возрастает, чтоимеет объективный характер и диктуется общей экологической и экономической ситуацией в мировомсообществе. Это необходимо учитывать при разработке новых и модернизации существующих конструкций, реализуя в процессе созданиядвигателей новых поколений достижения в области расчетного анализа,технологий производства, испытаний, а также диагностики в ходе эксплуатации.

В эпоху рыночных отношений указанное является необходимым условием создания конструкций двигателей с высокими тех5включая межцилиндровое расстояние, относятся к ключевым моментам при создании нового двигателя.При этом процесс сквозного проектирования с применением компьютерных технологий, начиная с твердотельного моделирования с переходом к инженерному анализу конструкций и технологий изготовлениядвигателя (цепочки CAD CAE иСАМ), является общепринятым путем создания наукоемкой продукции,к которой относятся и современныепоршневые двигатели.В третьей главе достаточно полно излагается расчет перемещений,скорости, ускорений поршня идругих элементов кривошипношатунного механизма, а также расчетсил и моментов в двигателях, выполненных по различным компоновочным схемам. Детально рассмотрено уравновешивание двигателей. В отличие от выпущенныхранее учебников в главу включеныразделы, посвященные крутильным и изгибным колебаниям, виброактивности поршневых двигателей и путям ее снижения.Последующие шесть глав посвящены конструированию и расчетуна прочность базовых деталей двигателей.

Каждая глава построенаструктурно, по возможности одинаково. После анализа современных конструкций детали или узла сучетом их многообразия в двигателях разных типов и назначений,указания наиболее распространенных и перспективных материалов,рассматриваются методы повышения несущей способности рассматриваемого элемента. Затем предлагается многоуровневая структураматематических моделей для расчета температурных полей, полей дерасчету ДВС, написанных профессорами кафедры А.С. Орлиным,Д.Н.

Вырубовым, М.Г. Кругловым,С.Г. Рогановым, Ф.Ф. Симаковым,М.М. Чурсиным и другими преподавателями. Вместе с этим стремительное развитие двигателестроения, направленное на существенноеповышение важных техникоэкономических показателей поршневыхдвигателей и тесно связанное с внедрением новейших технологическихпроцессов, уточненных методоврасчетного анализа, выходящего зарамки традиционных поверочныхрасчетов, применением новых материалов и, наконец, трансформацией самого процесса проектированияна базе систематического применения ЭВМ, потребовали существенного изменения содержания учебника. Поэтому предлагаемое издание является новым учебником, вкотором, следуя утвердившимся вМГТУ им.

Н.Э. Баумана принципам подготовки специалистов в области двигателестроения с использованием новейших научных достижений, рассмотрены методы конструирования и расчета применительно к основным классам поршневыхдвигателей, применяемых в настоящее время.Учебник состоит из 11 глав. Первые две главы посвящены общимвопросам конструирования и расчетам на прочность современных двигателей внутреннего сгорания.В условиях высокой специализации, когда значительная часть базовых деталей изготавливается специализированными предприятиями, построение типоразмерного ряда, выбор компоновочной схемы и основных конструкционных соотношений,6формаций и напряжений с различной степенью глубины проведениярасчетов на разных этапах созданиянового или модернизации существующего двигателя.Учитывая важность компьютерных технологий в процессе создания новых двигателей, в учебниквключена отдельно 10я глава, посвященная основам автоматизированного проектирования поршневых двигателей.

Завершается учебник анализом конструкций и перспектив развития основных классов поршневых двигателей наземного и водного транспорта, авиационных двигателей, а также двигателей общего назначения, включая малую энергетику.По мнению авторов, предлагаемое издание будет полезно для инженеровконструкторов, научныхработников, занимающихся созданием и исследованием поршневыхдвигателей.Авторы выражают искреннююпризнательность гже И.Ю.

Кузнецовой и гну Е.А. Крылову за большуюпомощь при подготовке рукописиданного учебника.Авторы выражают также глубокую благодарность ОАО «Коломенский завод» (г. Коломна) и ОАО»Автодизель» (г. Ярославль) за оказанную помощь в подготовке иллюстративного материала рукописи.Глава 1ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ1.1.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector