История кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели»
В В Е Д Е Н И Е
В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
Омск · 2008
Федеральное агентство по образованию РФ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
Кафедра теплотехники и тепловых двигателей
В В Е Д Е Н И Е
В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
Методические указания
к практическим работам
по специальности
«Двигатели внутреннего сгорания»
Составители: Ю.П. Макушев,
Л.Ю. Михайлова, А.А. Скок
Омск
Издательство СибАДИ
| |
К 621.515.5
ББК 31.363
Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Р. Ведрученко (ОмГУПС)
Работа одобрена научно-методическим советом специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания» в качестве методических указаний к практическим работам.
Введение в специальность: Методические указания к практическим работам по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Сост.: Ю.П. Макушев, Л.Ю. Михайлова, А.А. Скок. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. – 48 с.
Методические указания содержат историю создания двигателей внутрен-него сгорания, их классификацию, историю кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели», ее научные направления, учебный план специальности ДВС, основные термины и понятия, расчет технических характеристик двигателей, технико-экономические показатели двигателей отечественного и зарубежного производства, принцип работы двухтактных и четырехтактных двигателей.
Особое внимание уделено устройству и работе роторно-поршневых и газотурбинных двигателей, паровых машин и двигателей внешнего сгорания.
Предназначены для студентов специальности 140501 «Двигатели внутрен-него сгорания» и могут быть полезны для студентов других технических специальностей, изучающих устройство и принцип работы двигателей.
Ил. 17. Табл. 2. Библиогр.: 10 назв.
ãСоставители:Ю.П. Макушев,
Л.Ю. Михайлова, А.А. Скок, 2008
| |
Оглавление
Введение....................................................................................................................................4
1. Практическая работа №1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ...................................................................................................5
1.1. История развития ДВС.................................................................................................5
1.2. Классификация двигателей..........................................................................................9
1.3. История кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели»..................................... 12
1.4. Научные направления кафедры.................................................................................14
2. Практическая работа №2. УЧЕБНЫЙ ПЛАН ДВС.....................................................16
2.1. Цикл общих гуманитарных и социально-экономических дисциплин (ГСЭ)........17
2.2. Цикл математических и общих естественно-научных дисциплин (ЕН)................17
2.3. Цикл общепрофессиональных дисциплин направления (ОПД).............................17
2.4. Цикл специальных дисциплин (СД)..........................................................................18
3. Практическая работа №3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ДВИГАТЕЛЯ.........................................................................19
4. Практическая работа №4. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС
4- И 2-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ......................................................................................26
5. Практическая работа №5. УСТРОЙСТВО ПОРШНЕВОГО ДВС.............................30
6. Практическая работа №6. РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ........................32
7. Практическая работа №7. ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ...................................34
8. Практическая работа №8. ПАРОВАЯ МАШИНА.......................................................39
9. Практическая работа №9. ДВИГАТЕЛИ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ........................41
Библиографический список........................................................................................46
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «История двигателестроения и введение в специальность» является составной частью цикла специальных дисциплин, она дает первоначальные сведения о выбранной специальности, предшествует изучению дисциплин «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в ДВС», «Основы научных исследований и испытаний двигателей», «Системы двигателей», «Конструирование ДВС» и других.
Целью практических занятий является закрепление и контроль знаний, полученных на лекциях и самостоятельной работе. Студенты изучают учебный план по специальности, знакомятся с научными работами ведущих ученых кафедры, историей создания тепловых двигателей, их классификацией, осваивают на практике принципы работы и устройство тепловых двигателей. По каждой из выполняемых практических работ студент составляет отчет, который представляет преподавателю для защиты.
При защите практических работ студент должен дать ответ на поставленные контрольные вопросы. Успешное выполнение работ предполагает самостоятельную подготовку к каждой работе по конспектам лекций, основной и дополнительной литературе и настоящей методической разработке.
Практическая работа №1.История создания
тепловых двигателей
Цели работы: изучение истории создания тепловых двигателей, достижений отечественных и зарубежных ученых, ознакомление с историей кафедры ТиТД (специальность ДВС) СибАДИ и ее научными достижениями.
При выполнении работ используется: учебная и методическая литература [1, 2, 4, 6], конспект лекций.
Порядок выполнения работы.
Изучить историю создания тепловых двигателей, отметить достижения отечественных и зарубежных ученых, изучить историю кафедры ТиТД СибАДИ, структуру и состав кафедры, основные научные направления, развиваемые учеными кафедры.
История развития ДВС
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) вырабатывают более 60 % мощности, используемой человеком. Мощность – работа, выполненная за единицу времени. Мощность в современных двигателях изменяется от 1 до 70 000 кВт. Мощность 70 000 кВт имеет судовой двухтактный двигатель 12 К-98 МС фирмы МАN-BMW (Германия, Дания). Диаметр поршня равен 98 см, а ход поршня 266 см. Частота вращения коленчатого вала 90 мин–1, среднее эффективное давление 1,8 МПа (18 бар или атм) при массе 2200 тонн. Удельный расход топлива составляет 170 г/(квт×час). Двигатель данной марки устанавливают на судах-контейнеровозах.
ДВС используют на транспорте (речной, морской флот, тепловозы, грузовые и легковые автомобили), сельскохозяйственной технике (тракторы, комбайны), дорожной и строительной технике, в энергетике (стационарные и передвижные электростанции), нефтедобывающей и военной промышленности.
Первый паровой двигатель был создан в России в г. Барнауле в 1763 г. И.И. Ползуновым [6, 8]. В своих научных трактатах он писал «огонь слугою к машинам склонить, облегчить труд по нас грядущим».
В 1816 г. шотландский священник Роберт Стирлинг предложил конструкцию двигателя внешнего сгорания (топливо сгорает вне цилиндра).
В 1823 г. в России был пущен первый в мире завод по производству керосина в г. Моздоке.
В 1860 г. француз Ленуар изготовил первый двигатель внутреннего сгорания. Он был двухтактным, работал на светильном газе, без сжатия, имел КПД 5%.
В 1862 г. механик Николай Отто из Германии построил первый четырехтактный двигатель мощностью 1,5 кВт со сжатием газовоздушной смеси.
В 1886 г. Даймлер создал первый в истории автомобиль с четырехтактным двигателем мощностью 1,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала 900 мин –1 .
В 1879 г. русским инженером Костовичем был спроектирован первый бензиновый двигатель мощностью 60 кВт.
В 1894 г. Рудольф Дизель продемонстрировал в работе первый двигатель с воспламенением от сжатия мощностью 2 кВт. В 1898 г. Россией был куплен патент Дизеля и конструкция двигателя была переработана на использовании сырой нефти.
В 1898 г. инженер Романов из Петербурга демонстрировал электромобиль с питанием от аккумуляторных батарей.
С 1902 г. завод Нобеля «Русский дизель» в России приступил к производству двухтактных двигателей с клапанно-щелевой продувкой.
В 1906 г. в Москве была создана первая кафедра ДВС, ныне МГТУ им. Н.Э. Баумана.
В 1916 г. в России строятся четыре автомобильных завода АМО (Автомобильное московское общество), «Руссо-Балт» в Филях, «Русский Рено» в Рыбинске и в Ярославле.
Значительная потребность в двигателях внутреннего сгорания проявилась в годы Великой Отечественной войны. Двигатели нужны были для автомобилей, самолетов, подводных лодок, танков.
В 1945 г. в СССР было выпущено 75 тысяч автомобилей. С 1941 по 1945 года танковая промышленность выпустила 100 тыс. боевых машин.
Автомобиль – источник прогресса, дает развитие всем сферам общества. Для дальнейшего совершенствования автомобилей и их двигателей требуются новые технологии, последние достижения науки и техники, высококвалифицированные кадры. Автомобиль не только средство передвижения, но и источник загрязнения атмосферы и представляет большую опасность для человека. Ежегодно в ДТП погибает до 30 тыс. жителей России.
В 1786–1790 гг. английскому механику Уатту удалось построить и приспособить паровую машину для непосредственного вращения вала. Он является автором регулятора частоты вращения. Суть изобретения заключается в том, что под действием центробежной силы грузы регулятора, при увеличении частоты вращения вала машины, расходятся и через подвижную втулку сжимают пружину. Подвижная втулка через рычаги связанна с органом регулирования, например, с дроссельной заслонкой карбюратора. С увеличением частоты вращения грузы расходятся и сдвигают втулку и заслонку в сторону уменьшения подачи топлива и наоборот. До конца XIX века паровые машины являлись практически единственными тепловыми двигателями, применявшимися в промышленности и на транспорте. Они были громоздки и малоэкономичны, но работали на любом виде топлива. Еще в начале XX века паровые машины использовали даже на автомобилях. Над совершенствованием паровых автомобилей работы продолжались и во второй половине прошлого столетия, продолжаются они и в наше время в связи с поисками возможностей замены нефтяных топлив. На смену паровым машинам пришли более совершенные двигатели – паровые турбины и ДВС.
Стационарные двигатели, работавшие на керосине и тяжелых топливах, появились в период 1884–1890 гг. Зажигание было калоризаторным (от нагретых шаровых поверхностей). В России их называли «нефтянками». В 1890 г. в Москве завод Брамлея (позже «Красный пролетарий») начат выпуск четырехтактных калоризаторных двигателей (воспламенение горючей смеси от нагретых шаровых тел).
В 1908 г. в России началось производство газовых двигателей на Коломенском, а затем на других заводах.
В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель внутреннего сгорания нового типа, рассчитанный на использование жидкого топлива (керосина). Двигатель работал на керосине, который впрыскивался в цилиндр при помощи сжатого в компрессоре воздуха. Изобретатель предложил нагревать воздух в цилиндре путём сжатия до температуры 400– 500 °С, при которой распыленное впрыскиваемое топливо могло бы самовоспламеняться и сгорать по мере поступления в цилиндр, причем по его замыслу двигатель должен был работать без охлаждения стенок цилиндра. Последующий опыт не подтвердил возможность создания в то время двигателя без охлаждения цилиндров, но идея самовоспламенения топлива оказалась перспективной.
В 1898 г. Г.B. Тринклер предложил заменить компрессорное распыливание топлива механическим. В течение 1899 г. двигатель Тринклера был построен и испытан на Путиловском заводе. Двигатель имел диаметр цилиндра 205 мм, ход поршня 350 мм, мощность 10 л. с. при частоте вращения вала 160 мин–1. Такие двигатели называли бескомпрессорными, так как топливо подавалось в камеру сгорания в распыленном виде при помощи насоса высокого давления и форсунки. Двигатель данной конструкции приводил в действие генератор, который служил для освещения зимнего дворца в Санкт-Петербурге.
Двигатель с самовоспламенением смеси за счет сжатия, работающий на нефти, впервые был построен в 1899 г. на заводе Э. Нобеля в Петербурге.
В 1926 г. Созданы двигатели: «АМ» А.А. Микулина, «ВК» В.Я. Климова, «АШ» А. Д. Швецова.
В настоящее время в народном хозяйстве успешно используют газовые турбины, идея создания которых зародилась почти одновременно с первыми попытками создания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Построена газовая турбина была только в 1897 г. По проекту русского инженера П. Д. Кузьминского. Газовые турбины широко используют в стационарных силовых установках, в авиации, на водном и железнодорожном транспорте. Созданы также экономичные газотурбинные двигатели для легковых и грузовых автомобилей.
В 60-е годы прошлого века настойчиво искали пути использования в качестве транспортного агрегата весьма компактного работоспособного роторно-поршневого ДВС или двигателя с вращающимся поршнем. Попытки создания простых по идее двигателей роторного типа предпринимались ещё в ХIХ веке, но успеха не имели из-за трудностей уплотнения зазоров между ротором и статором. Только в 1957 г. немецкому инженеру Ванкелю удалось создать работоспособный роторно-поршневой двигатель.
Профессор МВТУ В.И. Гриневецкий в 1906 г. создал методику теплового расчета двигателя, которая давала возможность определить основные размеры двигателя в соответствии с тепловыми процессами, протекающими в цилиндре. Дальнейшее уточнение и развитие методики теплового расчета провели Н.Р. Брилинг, Е.К. Мазинг, Б.С. Стечкин, А.С. Орлин.
Широкую известность получили комбинированные двигатели конструкции В.Я. Климова, В.А. Константинова, А.А. Микулина, А.Д. Чаромского, А.Д. Швецова, В.М. Яковлева.
Для дальнейшего повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания в современной практике широко применяют комбинированные двигатели, в которых поршневой двигатель и газовая турбина работают на одном и том же рабочем теле, так как в газовой турбине продолжается расширение газов, вытекающих из поршневого двигателя, и энергия от них передается потребителю.
В сложившейся кризисной ситуации с моторными топливами усиленно осваивают транспортные варианты двигателей Стирлинга, работающих на любых топливах, так как камера сгорания их размещена вне цилиндров. В качестве топлива в ДВС используется водород. Созданы топливные элементы, в которых водород не сгорает, а при помощи химических реакций окисляется кислородом воздуха, и на аноде и катоде образуется напряжение, которое подается к электродвигателю, вращающему, например, колеса автомобиля.
В России известны следующие заводы по выпуску двигателей внутреннего сгорания:
1. Барнаул (Алтайский моторный завод «Алтайдизель» и Барнаултрансмаш, который выпускает двигатели для тракторов, комбайнов и военной техники).
2. Ярославль (Ярославский моторный завод «Автодизель» выпускает дизели мощностью 110-588 кВт для автомобилей, автобусов, тягочей, тракторов, комбайнов).
3. Заволжск (Заволжский моторный завод).
4. Набережные Челны (Камский моторный завод выпускает для автомобилей двигатели мощностью 170-260 кВт).
5. Тольятти (Волжский автомобильный завод – двигатели семейства ВАЗ).
6. Уфа (Уфимский моторный завод).
7. Челябинск (Челябинский тракторный завод выпускает двигатели для тракторов, тепловозов, автомобилей, судов).
8. Санкт-Петербург (завод «Звезда» выпускает двигатели для подводных лодок и судов).
9. Владимир (Владимирский тракторный завод выпускает двигатели с воздушным охлаждением для тракторов мощностью до 60 кВт).
10. Коломна (Коломенский завод выпускает дизели для тепловозов, судов и большегрузных автомобилей).
Современные двигатели становятся более интеллектуальными (умными). Рабочим процессом управляет мозговой центр – многофункциональные контроллеры. В системах управления применяется электроника, реализуется функция самодиагностики. Управление двигателем наделяется искусственным интеллектом, способным на правильное (осмысленное) решение в различных ситуациях. Управление двигателем можно осуществить с монитора компьютера. Качество двигателя оценивается его надежностью, долговечностью, минимальным удельным расходом топлива 160– 170 г/(кВт×ч) и минимальной токсичностью отработавших газов (ЕВРО-5).
Классификация двигателей
Тепловые двигатели можно классифицировать по различным признакам.
1. По назначению двигателя делят:
а) на стационарные, применяемые на электростанциях, для привода насосных установок, на нефтяных и газоперекачивающих установках, в сельском хозяйстве;
б) транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, самолётах, судах, локомотивных и других машинах и передвижных установках.
2. По роду используемого топлива двигатели различают:
а) работающие на лёгком жидком топливе (бензине и керосине);
б) тяжёлом жидком топливе (мазуте, соляровом масле, дизельном топливе и газойле);
в) газовом топливе (генераторном, природном, промысловом);
г) смешанном топливе; основным топливом является газ, а для пуска двигателя используется жидкое топливо;
д) различных топливах (бензине, керосине, дизельном топливе) – многотопливные двигатели.
3. По способу преобразования тепловой энергии в механическую двигатели классифицируют:
а) двигатели внутреннего сгорания – поршневые и роторно-порш-невые, в которых процессы химического реагирования и превращения тепловой энергии в механическую работу происходят во внутри-цилиндровом объёме (в надпоршневом пространстве);
б) с внешним подводом теплоты. Сюда относятся: газотурбинные двигатели, в которых процессы химического реагирования происходят в отдельном агрегате (камере сгорания), образующее при этом рабочее тело (продукты сгорания) поступает на лопатки колеса турбины, где совершает работу; двигатели, где теплота к постоянно циркулирующему по замкнутому контуру рабочему телу подводится в теплообменнике, а тепловая энергия затем используется в расширительном цилиндре (паровые двигатели, работающие по циклу Рэнкина, и двигатели, работающие по циклу Стирлинга);
в) 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 )
4. По способу смесеобразования поршневые двигатели внутреннего сгорания делят:
а) на двигатели с внешним смесеобразованием – горючая смесь образуется вне цилиндра (карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу);
б) 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 подаётся, когда поршень находится вблизи верхней мёртвой точки (ВМТ) 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;
в) с расслоением заряда, при котором в различных зонах камеры сгорания образуется рабочая смесь разного состава.
5. По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели:
а) с воспламенением рабочей смеси от электрической искры (с искровым зажиганием);
б) с воспламенением от сжатия (дизели);
в) с форкамерно-факельным зажиганием (смесь воспламеняется искрой в специальной камере сгорания небольшого объёма, а дальнейший процесс сгорания происходит в основной камере);
г) с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, – газожидкостный процесс.
6. По способу осуществления рабочего цикла поршневые двигатели разделяют:
а) на четырёхтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);
б) 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.
7. По способу регулирования в связи с изменением нагрузки различают двигатели:
а) с качественным регулированием, в которых при постоянном количестве вводимого в цилиндр воздуха увеличивается или уменьшается количество подаваемого топлива и состав смеси изменяется;
б) с количественным регулированием, в которых состав смеси остаётся постоянным и меняется её количество;
в) со смешанным регулированием – изменяются количество и состав смеси.
8. По конструкции двигатели различают:
а) поршневые двигатели; они, свою очередь, делятся:
- по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V-образные, звездообразные и с противолежащими цилиндрами;
– по расположению поршней на однопоршневые (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);
б) роторно-поршневые двигатели: ротор (поршень) совершает планетарное движение в корпусе; при движении ротора между ним и стенками корпуса образуются камеры переменного объёма, в которых совершается цикл.
9. По способу охлаждения различают двигатели:
а) с жидкостным охлаждением;
б) с воздушным охлаждением.
На автомобилях 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 грузоподъёмности иногда используются электрические двигатели, работающие от аккумуляторных батарей.
На некоторых опытных автомобилях устанавливают двигатели газотурбинные, паровые, а также с внешним подводом теплоты, работающие по циклу Стирлинга.
Научные направления кафедры
Наряду с образовательным процессом кафедра ведет и научную деятельность по следующим направлениям:
- повышение энергетической эффективности и эксплуатационных показателей тепловых двигателей и энергетических установок. Энергосберегающие технологии. Руководитель направления д-р техн. наук, профессор А.С. Ненишев;
- совершенствование систем технического обслуживания дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин. Руководитель направления д-р техн. наук, профессор С.В. Корнеев;
- совершенствование рабочих процессов поршневых двигателей внутреннего сгорания, применение в ДВС калильных тел для возможности работы на топливах с низким цетановым числом. Руководитель направления канд. техн. наук, профессор П.Л. Шевченко;
- разработка и совершенствование топливной аппаратуры современных дизелей, совершенствование агрегатов наддува с целью повышения мощности, снижения удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов, использование ЭВМ в расчетах процесса сгорания топлива в ДВС, наддува воздуха, совместной работы двигателя и турбокомпрессора. Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Ю.П. Макушев.
По материалам проведенных научных исследований коллективом кафедры ежегодно в среднем публикуется 20–25 научных статей и докладов на научно-технических конференциях. Часть из них – в центральной печати. Одновременно с этим кафедра представляет оригинальные проекты и экспонаты на выставки достижений науки и техники различных уровней. Так за разработку и изготовление ленточных электрических подогревателей моторного масла, топлива и тосола, представленных на выставку «Автосалон» в г. Тюмени в 2001 году (авторы: д-р техн. наук А.С. Ненишев, канд. техн. наук В.В. Робустов), СибАДИ награжден медалью выставки. В 2002 году получил награду проект «Передвижная мини-ТЭЦ» (авторы: д-р техн. наук А.С. Ненишев и канд. техн. наук Ю.П. Макушев), представленный на IV Всероссийскую выставку «Энергосбережение в регионах России».
К научной работе на кафедре привлекаются и студенты. Со своими докладами и разработками они выступают на ежегодных научно-технических конференциях СибАДИ, а также в различных конкурсах студенческих научных работ. В связи с открытием новой специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания» на кафедре активно ведется работа по разработке методических указаний к лабораторным и курсовым работам, дипломному проектированию, а также учебных пособий. При этом внимание уделяется разработкам для получения грифа УМО или Министерства образования России.
Были получены грифы на следующие работы:
1. Макушев Ю.П. Системы питания быстроходных дизелей: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2004.– 179 с. (гриф УМО).
2. Шевченко П.Л. Тепловые расчеты автомобильных двигателей: Учебное пособие.– Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. –187 с. (гриф Министерства образования России).
3. Каня В.А. Автомобильные эксплуатационные материалы (курс лекций). – Омск: Изд-во СибАДИ, 2006.–192 с. (гриф УМО).
Для студентов, желающих заняться научной работой, можно выделить следующие направления:
– применение ЭВМ в расчетах систем ДВС (тепловой, динамический, прочностной расчеты, расчет систем воздухоснабжения, питания, смазки, охлаждения);
– устройство, регулирование, исследование, совершенствование топливной аппаратуры бензиновых и дизельных двигателей;
– использование новых видов топлива (газа, водорода, рапсового масла) в ДВС;
– особенности рабочего процесса дизеля при работе на низкоцетановых топливах (бензинах);
– улучшение пусковых качеств дизеля при работе в зоне низких температур;
– улучшение процесса сгорания топлива, снижение токсичности отработавших газов;
– применение электрических, электронных и микропроцессорных систем при управлении двигателем;
– снижение удельного расхода топлива в двигателях.
Практическая работа №2.Учебный план ДВС
Цель работы. Изучение содержания учебного плана подготовки инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания».
При выполнении работы используются материалы государственного образовательного стандарта специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», учебная литература.
Порядок выполнения работы.
Изучить квалификационные требования к инженеру по специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», график учебного процесса, учебный план.
Содержание работы.
Работа заключается в изучении и анализе квалификационных требований к инженеру по специальности 140501 «Двигатели внутреннего сгорания», графика учебного процесса, учебного плана. В процессе работы изучается и определяется следующее:
1. Инженер подготовлен для проектно-конструкторской, исследовательской, производственно-технической, сервисной, организационно-управленческой деятельности в области двигателестроения и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в соответствии с полученной специализацией.
Он может работать в научных, конструкторских и проектных организациях, на промышленных предприятиях в первичных должностях, предусмотренных для замещения специалистами с высшим образованием типовыми номенклатурами должностей.
2. Сферы деятельности, места работы:
– заводы по выпуску двигателей, узлов и эксплуатационных материалов;
– заводы по выпуску автомобилей, тракторов, тепловозов, речных и морских судов;
– ремонтные заводы, СТО, автомобильные центры;
– научно-исследовательские институты, учебные заведения, конструкторские бюро;
– предприятия по обслуживанию нефтяных и газодобывающих комплексов;
– военная промышленность.
Дисциплины, изучаемые за период обучения (составлено по учебному плану, для дисциплин, изучаемых на 1 и 2 курсах, указаны формы проверки знаний), представлены ниже.
Главная задача студента учиться, ходить на все занятия и работать, аккуратно вести конспекты лекций, выполнять и защищать своевременно практические и лабораторные работы, рефераты, курсовые работы. До начала сессии студент обязан получить все зачеты по читаемым дисциплинам.
Направления (ОПД)
Начертательная геометрия, инженерная графика (1 экзамен, 2 зачет).
Материаловедение и технология конструкционных материалов (2 зачет, 3 экзамен).
Механика материалов и конструкции (3 зачет, 4 экзамен).
Детали машин и основы конструирования.
Метрология, стандартизация и сертификация.
Электротехника и электроника.
Безопасность жизнедеятельности.
Механика жидкости и газа.
Энергетические машины и установки.
Экономика и управление предприятием.
Машинная графика (4 зачет).
Взаимозаменяемость и технические измерения.
2.4. Цикл специальных дисциплин (СД)
Теория рабочих процессов и моделирование процессов в ДВС.
Конструирование ДВС.
Основы научных исследований и испытаний ДВС.
Автоматическое регулирование и управление ДВС.
Химмотология.
Динамика двигателей.
Системы двигателей.
Агрегаты наддува двигателей.
Автотракторные установки с ДВС.
Основы экологии ДВС.
Основы системы автоматического проектирования (САПР) в двигателестроении.
Эксплуатация и ремонт ДВС.
Техническая диагностика.
Техническое обслуживание ДВС.
Технология производства ДВС.
Электрооборудование ДВС.
Учебно-ознакомительная практика (2, экзамен),
Учебная практика (4, экзамен).
Содержание отчета и контрольные вопросы.
Квалификационные требования к специалисту, сферы деятельности, анализ графика учебного процесса студентов 1 и 2 курсов (количество учебных недель в сессию с указанием вида контроля знаний, расчетных заданий), определить среднюю недельную загрузку аудиторными занятиями и самостоятельной работой.
Практическая работа №3. Расчет показателей
технического уровня двигателя
Цель работы. Формирование практических навыков расчета показателей технического уровня двигателей.
При выполнении работы используются методические указания, справочная и учебная литература.
Порядок выполнения работы.
Изучить основные понятия и определения показателей рабочего процесса и технического уровня двигателей, рассчитать показатели технического уровня заданных двигателей.
Мощность – это работа, выполняемая за единицу времени.
, Вт. (3.1)
При поступательном движении поршня работа равна произведению силы 
F на перемещение 
.
, 
. (3.2)
Давлениепредставляет собой нормальную силу F, действующую на единицу площади S.
, 
(Па). (3.3)
Сила, действующая на поршень, определяется по формуле
,
а механическая работа из выражения:
, (3.4)
где Vh – рабочий объём цилиндра.
Для поршневых двигателей внутреннего сгорания
, (3.5)
где 
– число цилиндров.
Угол поворота коленчатого вала и время определяются выражением
, (3.6)
где n – частота вращения, 
.
Время одного цикла четырёхтактного двигателя 
.
Эффективную мощность двигателя можно определить по формуле
, (3.7)
где т – тактность двигателя (для четырёхтактного – 4, двухтактного – 2).
Из анализа формулы (3.7) следует, что при постоянном рабочем объёме iVh величину Ne можно увеличить, повышая n и Pe. Величина Pe представляет собой среднее эффективное давление, которое за один такт (ход поршня) совершает работу, равную работе, выполняемой переменным давлением в цилиндре за цикл.
Номинальная мощность– эффективная мощность дизеля при номинальной частоте вращения, положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подачи топлива, стандартным атмосферным условиям, температуре и плотности топлива. Дизель не оборудуется вентилятором, воздухоочистителем, глушителями шума и выпуска, искрогасителем, выпускной трубой.
Мощность нетто – мощность, развиваемая дизелем при номинальной частоте вращения, но при комплектации дизеля всем необходимым для нормальной работы оборудованием (генератором, вентилятором, радиатором системы охлаждения и смазки, воздухоочистителем, глушителем шума, нейтрализатором отработавших газов).
Давление– это физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на поверхность тела. Давление (Н/м2, Па) определяется отношением нормальной силы к единице площади:
 |
1 техническая атмосфера = 1кгс/см2 = 0,98·105 Па = 0,1 МПа = 736 мм рт. ст. = 10 м водяного столба. На рис. 3.1 показаны виды давлений.
Давление может быть атмосферным, избыточным, абсолютным, вакуумметрическим. Недостаток давления до атмосферного называют вакуумметрическим. Давление больше атмосферного является избыточным. В цилиндрах ДВС работу совершает избыточное давление, воздействуя на площадь поршня.
Мертвые точки. При перемещении поршня в цилиндре различают два крайних его положения: наиболее удаленное от оси коленчатого вала (рис. 3.2) – верхняя мертвая точка (ВМТ), и минимально удаленное от оси коленчатого вала – нижняя мертвая точка (НМТ). В мертвых точках поршень некоторое время не движется, хотя коленчатый вал продолжает вращение.
 |
Ход поршняS – перемещение поршня от ВМТ до НМТ или обратно. Для нормального кривошипно-шатунного механизма ход поршня соответствует половине оборота коленчатого вала и равен двум радиусам кривошипа (S = 2 r). S / D < 1 – двигатель называют короткоходным, S/D=1 – квадратным; S / D > 1 – длинноходным.
Средняя скорость поршня Ст=S n/30, м/с, где S, м; n,мин-1.
Рабочий цикл – совокупность последовательных тактов (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), периодически повторявшихся в каждом рабочем цилиндре и обусловливающих работу двигателя. Цикл в термодинамике (греч. круг) – круговой процесс. Цикл в технике – совокупность периодически повторяющихся процессов, при которых система вновь приходит в исходное состояние.
Такт – рабочие процессы, совершаемые в течение одного рабочего хода (часть рабочего цикла).
Рабочий объем – объем, описываемый поршнем за ход при его перемещении от ВМТ до НМТ,Vh=(pD2/4) S, л(D – диаметр цилиндра, дм; S – ход поршня, дм).
Объем камеры сжатия (сгорания) Vс – объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ, л.
Полный объем Va=Vh+Vc – объем внутренней полости цилиндр