Слайд 1Двигатели внутреннего сгорания
Лекция 2
история и классификация
преподаватель
Захаров А.Ю.
МГТУ им. Н.Э.Баумана
Кафедра СМ-10 «Колесные машины»
Слайд 2Эволюция автомобильных двигателей
1. Паровые двигатели – внешнего сгорания
Джеимс Уатт патент от 1784г.
Слайд 3Паровой двигатель
низкий КПД,
большой вес и размеры
Слайд 4 ДВС – внутреннего сгорания
Жан-Этьен Ленуар патент
1859 г.
Слайд 5Воспламенение смеси в середине хода поршня
Слайд 6ДВС- Отто Николаус Август 1866г.
четырехтактный двигатель внутреннего сгорания
Слайд 7Цикл Отто – высокий КПД,
сжатие смеси перед воспламенением
Слайд 9Двухтактный ДВС Дугласа Кларка
Слайд 10ДВС Рудольфа Дизеля 1892г.
«Дизельный
двигатель»
Слайд 13Классификация Двигателей
По назначению:
Стационарные – на электростанциях,
насосные
установки, нефте-газо перекачка, сельское хозяйство.
Транспортные – устанавливаются на автомобилях, тракторах, самолетах, судах, локомотивах и др. транспортных машинах.
Слайд 14По роду используемого топлива:
на легком жидком топливе (бензин, керосин.),
на тяжелом
жидком топливе (мазут соляровое масло, дизельное топливо, газойль),
на газовом топливе
(газ природный, генераторный промысловый и др.)
на смешанном топливе (основное топливо газ, для пуска двигателя используется жидкое топливо)
различных топливах (бензине, керосине, дизельном топливе и др.) многотопливные двигатели.
Слайд 15По способу преобразования тепловой энергии в механическую двигатели классифицируют на
двигатели:
внутреннего сгорания поршневые и роторно-поршневые, в которых процессы химического реагирования
и превращения тепловой энергии в механическую работу происходят во внутрицилиндровом объеме (в над поршневом пространстве);
с внешним подводом теплоты. Сюда относятся: газотурбинные двигатели, в которых процессы химического реагирования происходят в отдельном агрегате (камере сгорания), образующееся при этом рабочее тело (продукты сгорания) поступает на лопатки колеса турбины, где совершает работу;
комбинированные, в которых сгорание топлива осуществляется в поршневом двигателе, являющемся генератором газа, механическая работа совершается в цилиндре поршневого двигателя и частично на лопатках колеса газовой турбины (свободнопоршневые генераторы газов, турбопоршневые двигатели и т. п.).
Слайд 16По способу смесеобразования поршневые двигатели внутреннего сгорания делят на двигатели:
с
внешним смесеобразованием горючая смесь образуется вне цилиндра (карбюраторные и газовые
двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу);
с внутренним смесеобразованием при впуске в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра. По такому способу работают дизели, в которых топливо в камеру сгорания подается, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки (в. м. т.) в конце процесса сжатия; двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр и газовые двигатели с подачей жидкого топлива или газа в цилиндр в начале процесса сжатия;
с расслоением заряда, при котором в различных зонах камеры сгорания образуется рабочая смесь разного состава.
Слайд 17По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели:
с воспламенением рабочей смеси
от электрической искры (с искровым зажиганием);
с воспламенением от сжатия (дизели);
с
форкамерно-факельным зажиганием, в которых смесь воспламеняется искрой в специальной камере сгорания небольшого объема, а дальнейший процесс горения происходит в основной камере;
с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, газожидкостный процесс.
Слайд 18По способу осуществления рабочего цикла поршневые двигатели разделяются на:
четырехтактные
без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск
свежего заряда под давлением);
двухтактные без наддува и с наддувом
Применяют наддув с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах (газотурбинный наддув); от компрессора, механически связанного с двигателем, и от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой двигателем.
Слайд 19По способу регулирования в связи с изменением нагрузки различают двигатели:
с
качественным регулированием, в которых при постоянном количестве вводимого в цилиндр
воздуха увеличивается или уменьшается количество подаваемого топлива и состав смеси изменяется;
с количественным регулированием, в которых состав смеси остается постоянным и меняется только ее количество;
со смешанным регулированием изменяются количество и состав смеси.
Слайд 20По конструкции различают
поршневые двигатели;
они, в свою очередь, делятся
- по
расположению цилиндров
на вертикальные рядные,
горизонтальные рядные,
V-образные,
звездообразные
и с противолежащими цилиндрами;
по расположению поршней
на одно поршневые (в каждом цилиндре имеются один поршень и одна рабочая полость),
с противоположно движущимися поршнями (рабочая полость расположена между двумя поршнями, движущимися в одном цилиндре в противоположные стороны),
двойного действия (по обе стороны поршня имеются рабочие полости);
Слайд 22роторно-поршневые двигатели, которые могут быть трех типов
ротор (поршень) совершает планетарное
движение в корпусе; при движении ротора между ним и стенками
корпуса образуются камеры переменного объема, в которых совершается цикл. Эта схема получила преимущественное применение;
корпус совершает планетарное движение, а поршень неподвижен;
ротор и корпус совершают вращательное движение бироторный двигатель.
Слайд 24По способу охлаждения различают двигатели
с жидкостным охлаждением;
с воздушным охлаждением
Слайд 25Применение на ТССН
На ТССН применяют поршневые двигатели с воспламенением от
искры (карбюраторные, газовые, с впрыском топлива) и с воспламенением от
сжатия (дизели), а также роторно-поршневые двигатели.
Для автомобилей малой грузоподъемности иногда используются электрические двигатели, работающие от аккумуляторных батарей.
Слайд 26Основные показатели, характеризующие качество двигателей внутреннего сгорания,
1. Надежность всех
элементов конструкции.
2. Степень совершенства преобразования тепловой энергии в механическую; она
оценивается КПД или удельным расходом топлива, представляющим собой количество топлива (в массовых или объемных единицах), расходуемого в единицу времени на единицу мощности.
3. Мощность двигателя, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра или к единице площади поршня (удельная мощность).
Слайд 274. Масса двигателя, приходящаяся на единицу мощности (удельная масса), и
его габаритные размеры.
5. Степень токсичности и дымности отработавших газов, уровень
шума при работе двигателя.
6. Простота конструкций, удобство обслуживания и стоимость изготовления двигателя, его эксплуатации и ремонта.
7. Надежность пуска двигателя.
8. Перспективность конструкции, позволяющая производить дальнейшую ее модернизацию путем форсирования двигателя и повышения его показателей в соответствии с уровнем развития техники.
Слайд 28Для транспортных двигателей важным качеством является быстрая приспособляемость к работе
на переменных режимах в зависимости от условий эксплуатации.
Слайд 29ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Слайд 30ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ВМТ -положение, которое занимает поршень в конце его хода
вверх, называется верхней мертвой точкой,
НМТ - положение которое занимает поршень
в конце его хода вниз — нижней мертвой точкой.
S - Ход поршня - перемещение поршня от одной мертвой точки до другой (при работе двигателя - такт).
Vc -объем, который образуется над поршнем при нахождении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания.
Vh - объем, который освобождает поршень при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом, сумма всех рабочих объёмов называется литражом двигателя.
Va - сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом цилиндра.
Степень сжатия - параметр поршневого двигателя, который определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Va/Vc
Слайд 32ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Двухтактный ДВС обычно не имеет клапанов (за исключением двухтактных
дизелей), а вместо них в определенных местах цилиндра выполнены отверстия,
которые называются продувочными окнами
Слайд 33Рабочие циклы двухтактного двигателя
Слайд 34РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ (двигатель Ванкеля)
Роторно-поршневой двигатель работает по четырехтактному циклу, как
и обычный поршневой ДВС.
Вместо поршня в этом двигателе применяется вращающийся
ротор специальной формы, имеющий название «дельтроид».
Ротор вращается внутри корпуса двигателя, который называется статором и имеет сложную геометрическую форму. Ротор связан зубчатой передачей с корпусом двигателя, а за счет эксцентрикового вала, может совершать планетарное перемещение внутри статора, при этом все три вершины ротора постоянно соприкасаются с внутренней поверхностью статора.
Между ротором и статором образуются три полости переменного объема, в которых можно осуществить четырехтактный цикл.
Слайд 35РПД Ванкеля
Роторно-поршневые ДВС более легкие и компактные по сравнению с
поршневыми двигателями и отличаются более высокой максимальной частотой вращения
Слайд 38ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
рабочий процесс в нем происходит не циклично, а непрерывно
Слайд 39Принцип работы
Топливо постоянно впрыскивается в камеру сгорания такого двигателя и,
смешавшись там с воздухом, сгорает.
Образующиеся газы с высокой скоростью
попадают на лопатки силовой турбины и турбины компрессора.
Силовая турбина через редуктор соединяется с трансмиссией автомобиля, а компрессор служит для нагнетания воздуха в двигатель.
Горячие газы, выходящие из турбины, попадают в теплообменник, где нагревают воздух, подающийся в камеру сгорания двигателя, после чего удаляются в атмосферу. Наличие теплообменника дает возможность повысить эффективность газотурбинного двигателя.
Слайд 40Преимущество газотурбинного двигателя
Отсутствие возвратно-поступательных перемещений в таком двигателе обеспечивает высокую
равномерность его работы.
Легкость пуска при низких температурах.
Малая токсичность и возможность
работы на различных (жидких и газообразных) топливах.
Слайд 41Недостатки газотурбинного двигателя
Низкая топливная экономичность.
Сильный шум при работе.
Высокая стоимость производства.
Большая
инерционность двигателя, они медленно реагируют при необходимости резкого ускорения автомобиля.
Слайд 43Применение ГТД совместно с электрогенератором.
Слайд 44Электрические двигатели
EMRAX 208 (MV) с жидкостным охлаждением
-
тип двигателя - синхронный, трехфазный двигатель/генератор, с постоянными магнитами
- максимальное
напряжение - 320 В (5760/7040 об/мин)
- пиковая мощность - 80 кВт
- продолжительная мощность - 20 - 32 кВт
- максимальные обороты - 6000 об/мин (7000 об/мин в течении нескольких секунд)
- максимальный ток - 320 А
- продолжительный ток - 160 А
- пиковый момент вращения - 150 Nm
- продолжительный момент вращения - до 80 Nm
- эффективность - 92- 98%
- количество полюсов - 10
- диаметр двигателя - 208 мм
- длина двигателя по оси - 85 мм
- вес двигателя - 9.4 кг
Слайд 46ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом.
Мкр -
крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы
и длины плеча ее действия.(Н.м., Кг.м)
Рдв - значение мощности двигателя, развиваемой при определенной скорости вращения коленчатого вала есть произведение величины крутящего момента на его угловую скорость. (кВт., л.с) Отношение л.с /кВт= 1.34
Слайд 47Внешняя скоростная характеристика
зависимость мощности двигателя и крутящего момента от оборотов
коленчатого вала, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя.