Меню Рубрики

Энергетические установки автомобилей и тракторов лекции

Энергетические основы работы автономных транспортных средств

Конспекты лекций

по дисциплине: « Энергетические

установки транспортной техники»

Тема – Введение. Место и роль ЭУ в транспортной системе

Содержание. Энергетические основы работы транспортных средств.

Типы ЭУ. История развития. Современное состояние различных ЭУ.

Энергетические основы работы автономных транспортных средств

Энергетические установки автономных транспортных средств, предназначены для преобразования внутрен­ней химической энергии топлива в механическую работу.

Энергетические установки обеспечивают движение транспортных средств (автомоби­ль, трактор, тепловоз, самолет, теплоход и т.д.) создавая силу тяги F (Н), и перемещая благо­даря этой силе транспортное средство на расстояние S (км), совершая при этом полезную механическую работу Апол равную:

Для совершения этой полезной работы, необходимо затратить какое-то количество энергии Азат. Для любых автономных транспор­тных средств, не имеющих подвода энергии извне, источни­ком энергии может быть внутренняя химическая энергия различ­ных видов топлива сжигаемого в двигателе. Запас топлива может быть размещен на самом транспортном средстве. При сжигании топлива продукты его сгорания (газы) приобретают высокую темпе­ратуру и являются носителем тепловой энергии. При сгорании определенного количества топлива, массой В (кг), с теплотой сгорания Q (кДж/кг), потенци­ально может быть получена тепловая энергия-А равная:

Энергия -А, полученная при сжигании топлива, может быть затрачена на выполнение полезной работы,

Энергетическая цепь (последовательность этапов преобразования энергии от Азат=В·Q до Апол=F·S ) для транспортного средства состоит из не­обходимых последовательных звеньев:

теплового генератора ТГ — устройства, которое преобра­зует внутреннюю химическую энергию топлива в тепловую энергию;

теплового двигателя ТД — машины, преобразующей теп­ловую энергию в механическую работу (рисунок 1.).

Эти два звена и составляют собственно энергетическую уста­новку любого автономного транспортного средства. Коэффициенты полез­ного действия транспортного средства, есть его коэффициент полезного действия (к.п.д.) ηтр.ср, равен отношению полезной работы к за­траченной на получение энергии.

(2)

В энергетической цепи транспортного средства обычно присутствуют еще два элемента, это:

передаточный механизм-ПМ («передача») меж­ду выходным устройством теплового двигателя и ведущими ко­лесами (или винтом)-Ктранспортного средства;

промежуточный отбор — ВО части преобразуемой энергии на собственные нужды транспортного средства (привод вспомогательного оборудования, отопление, освещение и т.п.).

Рисунок 1.1. Структурная схема энергетической цепи автономной

ТГ — тепловой генератор; ТД — тепловой двигатель; ПМ — передаточный механизм (передача); ВО — отбор мощности на собственные нужды локомотива; К — ведущие колеса; F — сила тяги; S — прой­денный путь.

Потоки энергии и вещества: T — топливо (внутренняя химическая энергия);

В -воздух из атмосферы; 1 — тепловая энергия теплоносителя — рабочего тела; 2 — механическая работа вращения или возвратно-посту­пательного движения рабочего органа теплового двигателя;

3 -механи­ческая работа вращения ведущих колес транспортного средства.

Дата добавления: 2015-09-14 ; просмотров: 1034 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Курс лекции по ЭУТТ.. Вахламов. Лекции по дисциплине Энергетические установки транспортной техники для бакалавров высших учебных заведений, обучающихся по специальности

Название Лекции по дисциплине Энергетические установки транспортной техники для бакалавров высших учебных заведений, обучающихся по специальности
Анкор Курс лекции по ЭУТТ.. Вахламов.doc
Дата 03.02.2017
Размер 5.99 Mb.
Формат файла
Имя файла Курс лекции по ЭУТТ.. Вахламов.doc
Тип Лекции
#2019
страница 1 из 20
Подборка по базе: Порядок установки операционной системы UNIX.docx, стереотипы и установки.docx, тесты к лекции перикардит.pdf, ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ УПМО.docx, учебн пособ лекции отчетность.doc, Закупочная логистика лекции веснай.doc, Итоговый тест по дисциплине Страховое дело В.1..docx, 19.03. Право лекции и задания дистант.docx, Конспект лекции по уголовному праву. Тема 5. Объект преступления, Методическая разработка открытого урока по дисциплине МДК «Основ.

АКТЮБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ К. ЖУБАНОВА
ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра: «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения»


КУРС ЛЕКЦИИ
по дисциплине «Энергетические установки транспортной техники» для бакалавров высших учебных заведений, обучающихся по специальности

050713-«Транспорт, транспортная техника и технологии».

Ерманов М. Б. – старший преподаватель кафедры «АТ и ОДД»,

Технического факультета, Актюбинского государственного университета имени К. Жубанова.

Курс лекций по дисциплине «Энергетические установки транспортной техники» для бакалавров высших учебных заведений, обучающихся по специальности 050713-«Транспорт, транспортная техника и технологии».

Актобе: Редакционно-издательский отдел Актюбинского государственного университета имени К. Жубанова, 2013 г. – 155 с.
Курс лекции по дисциплине «Энергетические установки транспортной техники» охватывает теории рабочих процессов ДВС, энергетические и экономические характеристики ДВС, кинематики и динамики, конструкционные особенности механизмов и систем энергетических установок.

Методика изложения материала отдельных разделов максимально адаптирована к современным способам анализа работоспособности, конструкционных особенности, а также термической и динамической нагруженности элементов энергетических установок транспортной техники.

В курсе лекции включены новейшие достижения в конструировании двигателей, используемых в средствах наземного транспорта, их механизмов и систем, а также описаны современные технологии их производства.

Мурзагалиев А. Ж. – к.т.н., доцент, декан технического факультета, Актюбинского государственного университета имени К. Жубанова.

Некрасов В. Г. – к.т.н., доцент Актюбинского государственного университета имени К. Жубанова.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Технического факультета, АГУ имени К. Жубанова.
Протокол № ___ от «___»_________ 201_ года.

Согласовано на совете технического факультета, АГУ имени К. Жубанова и рекомендовано к утверждению.
Протокол № ___ от «___»________ 201_ года.

Утверждено на заседании учебно-методического совета Актюбинского государственного университета имени К. Жубанова и рекомендовано к печати.
Протокол № ___ от «___» __________ 201_ года.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………………..4

Лекция 2. Топлива и продукты сгорания………………………………………….14

Лекция 3. Рабочий процесс поршневого двигателя внутреннего сгорания…….20

Лекция 4. Процесс смесеобразования, воспламенение и сгорания топлива в двигателях с искровым зажиганием……………………………………………….29

Лекция 5. Процесс смесеобразования и сгорания в дизеле………………………36

Лекция 6. Индикаторные и эффективные показатели…………………………….49

Лекция 7. Характеристики и способы повышения мощности энергетических установок……………………………………………………………………………..60

Лекция 8. Кинематика и динамика шатунно-кривошипного механизма поршневого двигателя………………………………………………………………..75

Лекция 9. Надежность, диагностика и испытание энергетических установок……85

Лекция 10. Кривошипно-шатунный механизм……………………………………. 97

Лекция 11. Механизм газораспределения………………………………………….111

Лекция 12. Смазочная система и система охлаждения……………………………125

Лекция 13. Система питания топливом и воздухом……………………………….131

Лекция 14. Система пуска энергетических установок…………………………….144

Лекция 15. Работа энергетических установок в эксплуатации…………………. 146

ВВЕДЕНИЕ
При подготовке бакалавров транспорта дисциплина «Энергетические установки транспортной техники» (ЭУТТ) служит осно­вой для изучения других предметов специального цикла.

Целью курса «Энергетические установки транспортной техники» (теория и конструкция энергетической установки транспортной техники) является изучение рабочих процессов энергетических установок и особенностей их конст­рукции.

Двигатель внутреннего сгорания — основная энергетическая установка современного автомобильного транспорта, главной функцией которой является преобразование химической энергии топлива в механическую работу. Теория энергетической установки транспортной техники изуча­ет рабочие процессы, происходящие в энергетической установке при преобразо­вании энергии топлива в работу с помощью специальных уст­ройств и механизмов, составляющих конструкцию энергетической установки. К энергетической установке предъявляются требования по габаритам, массе и, естественно, по надежности и долговечности.

Современная автомобильная транспортная техника является сложной машиной, создан­ной трудом большого числа работников различных отраслей на­уки и техники многих стран.

Первые автомобили с паровой сило­вой энергетической установкой, появившиеся в XVIII в., были тяжелыми и гро­моздкими. В 1860 г. французский инженер Этьен Ленуар изобрел первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на светиль­ном газе. В 1870 г. Э. Ланген и Н. Отто (Германия) построили четы­рехтактные газовые двигатели с принудительным воспламенени­ем смеси, а в 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель создал первый стационарный двигатель с воспламенением рабочей смеси от сжа­тия — дизель. В 1883 г. появился автомобиль с двигателем внутрен­него сгорания, построенный К. Бенцем, в 1888 г. — первый мото­цикл Г.Даймлера.

Решающим условием успешного развития любой теории явля­ется ее неразрывная связь с практикой.

Соответствие конструкции требованиям эксплуатации является обязательным условием успешного развития автомобильной тех­ники. Над усовершенствованием конструкции энергетических установок транспортной техники работа­ют большие коллективы научных, учебных институтов и конструк­торских бюро автомобильных заводов, возглавляемые ведущими специалистами отрасли.

Лекция 1: ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ.

1. Единство и многообразие энергетических установок транспортной техники .

2. Принципы работы различных энергетических установок.

3. Современное состояние и перспективы развития различных энергетических установок.

1. Единство и многообразие энергетических установок транспортной техники

Двигатель — энергетическая машина, преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Основным типом энергети­ческой установки на транспорте является тепловой двигатель — сложная техническая система, преобразующая теплоту в механи­ческую работу.

Для транспортных двигателей характерны: многорежимность, требующая поддержания высокой эффективности их функциони­рования при варьировании в широких пределах скоростного и нагрузочного режимов работы; необходимость сохранять работо­способность при изменении положения двигателя в пространстве; высокие требования к габаритным размерам и массе.

Тепловые двигатели классифицируют по следующим признакам: по способу подвода теплоты к рабочему телу, с помощью кото­рого теплота преобразуется в механическую работу, — двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и двигатели с внешним подводом теплоты. В ДВС сжигание топлива, выделение теплоты и преобра­зование части ее в механическую работу происходит непосред­ственно в цилиндре двигателя. При этом для получения необходи­мого количества работы в двигателе автомобиля рабочее тело об­новляется; по конструкции расширительной машины, с помощью которой теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, преобра­зуется в механическую работу, — поршневые ДВС с возвратно-поступательно движущимися поршнями; роторно-поршневые ДВС с вращающимися поршнями; газотурбинные двигатели; реактив­ные двигатели.

Вследствие трудностей обеспечения высокой экономичности роторно-поршневые, газотурбинные и реактивные двигатели не нашли широкого применения в наземной транспортной технике.

Поршневые ДВС классифициру­ют следующим образом:

по способу воспламенения рабочего тела — двигатели с искро­вым (принудительным) зажиганием и с воспламенением от сжа­тия (дизели);

по виду используемого топлива — двигатели, в которых исполь­зуют жидкое горючее (бензин, дизельное топливо) и газовое;

по способу смесеобразования — двигатели с внешним (вне ци­линдра) и с внутренним (внутри цилиндра) смесеобразованием;

по виду регулирования мощности — двигатели с количествен­ным и двигатели с качественным регулированием мощности. При количественном регулировании мощность изменяется дроссель­ной заслонкой за счет количества топливовоздушной смеси, по­ступающей в цилиндр, а при качественном — варьированием ко­личества впрыскиваемого топлива при неизменном количестве воздуха;

по принципу организации рабочих процессов — двухтактные и че­тырехтактные ДВС. Такт — совокупность процессов, протекаю­щих в цилиндре двигателя при перемещении поршня между верх­ней и нижней мертвыми точками. Необходимо отметить, что понятия «такт» и «процесс» не совпадают.

Двигателям с искровым зажиганием свойственно количествен­ное регулирование мощности и внешнее смесеобразование. В них возможно использование бензина и газа. Бензиновые двигатели разделяют на две модификации — двигатели с впрыскиванием топ­лива через форсунку во впускную систему (обычно на впускной клапан или в цилиндр) и карбюраторные (топливовоздушная смесь, поступающая в цилиндры, подготавливается карбюратором).

Карбюраторные двигатели в настоящее время активно вытес­няются двигателями с впрыскиванием топлива (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Схема двигателя с впрыскиванием бензина во впускную систему: 1 — подвижные элементы кривошипно-шатунного механизма; 2 — неподвиж­ные элементы кривошипно-шатунного механизма; 3 — свеча зажигания; 4 — форсунка; 5 — дроссельная заслонка; 6 — расходомер; 7 — воздухоочиститель; 8— электронный блок управления; 9 — топливный фильтр; 10 — топливный насос; 11 — топливный бак
Подача топлива в этих двигателях осуществляется по сигналу блока управ­ления, сформированному по информации комплекса датчиков (рас­хода воздуха, частоты вращения коленчатого вала, положения дрос­сельной заслонки и т.д.).

Двигателям с воспламенением от сжатия (дизелям) свойственно качественное регулирование мощности и внутреннее смесеобра­зование.

ДВС состоит из механизмов и сис­тем, имеющих следующее назначение:

кривошипно-шатунный механизм — преобразование индика­торной работы, получаемой в результате сгорания, в эффектив­ную работу, отдаваемую потребителю;

газораспределительный механизм — наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом и очистка их от отработавших газов;

система питания топливом — подача топлива, организация смесеобразования;

смазочная система — обеспечение смазывания трущихся по­верхностей подвижных деталей двигателя;

система охлаждения — обеспечение требуемого температурно­го режима работы двигателя;

система питания воздухом — очистка и подача воздуха в ци­линдры двигателя и снижение шума впуска;

система наддува — организация форсирования двигателя;

система выпуска — глушение шума выпуска и нейтрализация отработавших газов;

система пуска — обеспечение надежного пуска двигателя в раз­личных эксплуатационных условиях;

система зажигания — воспламенение рабочей смеси в двигате­ле с искровым зажиганием.

2. Принципы работы различных энергетических установок.

Рабочий цикл двигателя формируется из взаимосвязанных про­цессов, которые зависят от особенностей его организации в соот­ветствии с использованными принципами функционирования двигателя. Анализируют рабочий цикл по индикаторной диаграм­ме, которая представляет собой зависимость давления р в цилин­дре двигателя от текущего надпоршневого объема V (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема двигателя с искровым зажиганием и его индикаторная диаграмма: 1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка;4 — свеча зажигания
Рабочие процессы четырехтактного бензинового двигателя. В тер­модинамике данный цикл моделируется циклом Отто, в котором полагают, что в процессе при V = соnst в ВМТ теплота подводится мгновенно.

Бензиновый двигатель — двигатель с принудительным искровым зажиганием, внешним смесеобразованием и количественным ре­гулированием мощности.

На большей части режимов мощность дви­гателя регулируется изменением количества подаваемой в цилинд­ры топливовоздушной смеси при мало меняющемся ее составе.

В зависимости от режима работы двигателя свежий заряд (топливо-воздушная смесь) может иметь различное относительное содержа­ние топлива и воздуха. Состав топливовоздушной смеси оценивают коэффициентом избытка воздуха α — отношением количества воз­духа GB, содержащегося в топливовоздушной смеси, к его мини­мально необходимому количеству для полного сгорания топлива , находящегося в смеси: , где = 14,9 кг — количество воздуха, необходимое для полного сжигания 1 кг бензина. Если α = 1, то смесь называется стехиометрической. При α 1 — бедной (топливом).

Для бензиновых двигателей в зависимости от режима работы α изменяется в пределах 0,7. 1,3.

Рассмотрим процессы, формирующие индикаторную диаграм­му четырехтактного двигателя с искровым зажиганием, описав последовательно такты рабочего цикла двигателя (на рис. 1.2 — атмосферное давление).

Такт впуска осуществляется при повороте кривошипа на угол от φ = 0 до φ= 180°. Надпоршневое пространство при этом изменя­ется от объема камеры сгорания (ВМТ) до полного объема цилиндра (НМТ). Такт на индикаторной диаграмме представ­лен линией ra.

В начале такта в объеме камеры сгорания находится часть продуктов сгорания от предыдущего цикла — остаточные газы. В результате их смешения со свежим зарядом в цилиндре двигателя образуется рабочая смесь. При движении поршня к НМТ закрыва­ется выпускной клапан (в точке b»), создается разрежение в ци­линдре и он заполняется свежим зарядом.

Давление рабочего тела в точке a зависит от гидравлических потерь во впускном тракте. Эти потери уменьшаются при улучше­нии качества впускного трубопровода, уменьшении скорости дви­жения свежего заряда во впускном тракте, а также при увеличе­нии степени открытия дроссельной заслонки, которые зависят от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Температура рабочего тела в точке а определяется интенсив­ностью теплообмена между свежим зарядом, поверхностями впус­кного трубопровода, по которому движется свежий заряд и стен­ками камеры сгорания, а также его смешиванием с остаточными газами. В карбюраторных двигателях для улучшения испарения бен­зина впускной трубопровод специально подогревают.

Такт сжатия происходит при повороте кривошипа на угол от φ =180° (НМТ) до φ= 360° (ВМТ). На индикаторной диаграмме такту сжатия соответствует линия ас. В конце такта сжатия (в точке с) расчетные параметры рабоче­го тела ; определяются их начальными зна­чениями (,), а также степенью сжатия е ( — показатель адиабаты сжатия).

Степенью сжатия называется отношение , где — рабочий объем двигателя. Для современных двигателей ε = 7,5. 10.

В действительном цикле закрытие впускного клапана происхо­дит несколько позже НМТ (точка а») в целях увеличения напол­нения цилиндра свежим зарядом (дозарядка) за счет энергии его движения. В момент, обозначенный на диаграмме буквой f, про­исходит искровой разряд в свече зажигания. В цилиндре начинает­ся процесс сгорания топливовоздушной смеси, поэтому парамет­ры рабочего тела будут увеличиваться. Угловой интервал (в граду­сах поворота коленчатого вала) от момента подачи искры до при­хода поршня в ВМТ называется углом опережения зажигания .

Такт расширения происходит в процессе сгорания заранее под­готовленной достаточно однородной рабочей смеси во время дви­жения поршня от ВМТ (φ = 360°) к НМТ (φ = 540°). В начальный период такта сгорает основная масса топлива, а при расширении рабочего тела производится полезная работа. На индикаторной диаграмме это кривая . При повороте кривошипа на угол = 10. 15° после ВМТ дав­ление в цилиндре максимально.

В действительном цикле до прихода поршня в НМТ в точке b’ открывается выпускной клапан. Это несколько уменьшает рабо­ту расширения, но существенно улучшает очистку цилиндра от отработавших газов.

источник

Читайте также:  Что такое климатическая установка в автомобиле