- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •1 Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2 Классификация двс
- •3 Требования к двигателям
- •4 Параметры и оценочные показатели двигателей
- •1) За счёт увеличения n посредством выбора соответствующих фаз газораспределения и настроек топливной аппаратуры;
- •2) За счёт увеличения mn посредством повышения цикловых подач топлива gт и воздуха gв;
- •3) Комбинация первых двух способов.
- •Теория двс
- •Основные понятия термодинамики
- •1) Совершение работы;
- •2) Теплообмен.
- •5.2 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.3 Первый закон термодинамики
- •5.2.4. Термодинамические процессы в идеальных газах
- •3. Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта
- •6. Рабочие циклы двс
- •7 Теоретические термодинамические циклы
- •7.1. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме
- •7.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
- •7.4. Циклы двигателей с турбонаддувом
- •Тема № 8. Топливо для двигателей самоходных машин
- •8.1 Структура топлива нефтяного происхождения
- •8.2 Требования к моторному топливу и его показатели оценки
- •1) Моторным (такой бензин обозначается буквой а с числом, которое показывает октановое число, то есть процентное содержание изооктана в смеси с гептаном эквивалентной данному бензину, например, а-76);
- •2) Исследовательским (обозначается двумя буквами аи, например, аи-93).
- •Тема № 9 Основы теории горения
- •9.1 Основные параметры горения топлива
- •0,78 И 0,21 - относительное объёмное содержание азота и кислорода в воздухе.
- •9.2 Виды горения
- •1) Диффузионно-цепной;
- •2) Тепловой.
- •1) Диффузионное горение несмешанных газов, где скорость горения в основном определяется скоростью перемешивания молекул топлива и окислителя;
- •2) Горение капель жидкого топлива, где началу горения предшествует испарение топлива и диффузионное перемешивание;
- •3) Горение твёрдого топлива, где процессу горения предшествует газификация (возгонка) топлива и его последующее перемешивание с окислителем.
- •9.3 Основы химической кинетики
- •9.4 Цепные химические реакции
- •9.5 Горение в дизелях
- •9.5.4 Горение в двигателях с принудительным воспламенением
- •Тема № 10. Токсичность двс
- •Тема № 11. Регулирование и характеристики двигателей самоходных машин
- •Путём изменения количества работающих цилиндров I;
- •Изменяя угловую скорость коленчатого вала д;
- •За счёт изменения среднего эффективного давления pe.
- •1) Количественное;
- •2) Качественное.
- •Нагрузочные, когда аргументом является среднее эффективное давление pe или мощность Nд;
- •Регулировочные, когда в качестве аргумента используется какой-либо регулируемый параметр, например, угол опережения зажигания н.
- •1) С всережимным регулятором двигателя врд (рис. 11.3,а);
- •2) С двухрежимным регулятором 2рд (рис. 11.3,б);
- •3) С многорежимным регулятором (рис. 11.3,в), в частности двигатель постоянной мощности (дпм).
- •Тема № 13. Термодинамический расчёт двс
- •Тема № 14. Кинематика и динамика кшм
- •Тема № 15. Кинематика и динамика грм
- •Тема № 16. Уравновешивание двигателей
- •Тема №17. Перспективы развития двигателей самоходных машин
Тема № 15. Кинематика и динамика грм
Одной из важнейших характеристик ГРМ поршневого двигателя внутреннего сгорания является время-сечение At его газораспределительных органов (клапанов в клапанном ГРМ или окон в золотниковом ГРМ). Время-сечение показывает суммарную площадь проходного сечения клапанов (окон), которая имеет место за время их открытого состояния. Чем больше время-сечение, тем меньше аэродинамические сопротивления при впуске и выпуске газов.
Применительно к впуску время-сечение соответствует выражению
, (15.1)
где tr’ - момент начала открытия впускного клапана;
ta’’ - момент закрытия впускного клапана;
i1 - количество впускных клапанов в цилиндре;
A1j - текущая площадь проходного сечения впускного клапана;
Для 4-тактного ДВС время открытого состояния, например, впускного клапана определяется элементарной зависимостью:
t1 = tr’ – ta’’ = (1н + + 1к) / , (15.2)
где 1н - угол ПКВ относительно ВМТ начала открытия впускного клапана согласно принятых фаз газораспределения;
1к - угол ПКВ относительно НМТ конца закрытия впускного клапана.
Оценив время открытого состояния клапана(ов), определяется средняя площадь проходного сечения. Например, для впускного клапана
A1ср = At1 / t1. (15.3)
При клапанном ГРМ средняя площадь проходного сечения клапана определяется конфигурацией кулачка распределительного вала. В случае золотникового ГРМ Aср зависит от размеров и положения впускных, продувочных и выпускных окон.
В зависимости от конфигурации боковых поверхностей кулачков различают три их типа (см. рис. 15.1):
а) прямобочные;
б) выпуклые;
в) вогнутые.
В ГРМ ДВС самоходных машин наибольшее применение находят выпуклые кулачки, так как позволяют минимизировать удары и скольжение кулачка и толкателя.
Основные геометрические параметры кулачка отражены на рис. 15.2, где точки пересечения основной окружности r0 c проекциями боковых поверхностей, например, для впускного кулачка соответствуют началу открытия клапана ( R’ ) и концу его закрытия ( A’’ ). Подъём и опускание толкателя hт характеризуются углом кулачка п. Максимальный ход толкателя hmax = rс – r0 имеет место при угле стояния 2с.
Для уменьшения ударов кулачка о толкатель радиус rп плавно увеличивают от r0 к rс. Интенсивность Ir изменения радиуса подъёма кулачка rп определится зависимостью
Ir = drп / dп. (15.4)
Половина угла ПКВ, при котором открыт, например, впускной клапан (см. рис. 15.2), вычисляется как
п1 + с1 = (1н + + 1к) / , (15.5)
где - коэффициент тактности двигателя.
Кинематические характеристики работы клапана зависят от типа толкателя (плоский или роликовый), интенсивности изменения радиуса подъёма кулачка Ir, которая зависит от углов п, с и максимального хода толкателя hmax, передаточного числа привода от толкателя к клапану uкл, скоростного режима двигателя .
Подъём толкателя можно определить с помощью схем на рис. 15.3.
С учётом принятых фаз газораспределения для уменьшения аэродинамических сопротивлений стремятся увеличить угол стояния толкателя с и его максимальный ход hmax. Но для минимизации ударов в ГРМ при работе двигателя на режиме х.хmax необходимо ограничивать максимальные ускорения толкателя при его подъёме, то есть jтmax = d2hт / dt2 < 4000 м/с2.
Текущая величина подъёма роликового центрального толкателя при повороте кулачка на текущий угол пj и условиях пj п; rт < rпj , определится разницей радиусов кулачка
hтj = rпj – r0 = Ir пj. (15.6)
Для плоского толкателя при пj п и достаточно большом rт, обеспечивающим контакт по rс, величина подъёма будет больше
hтj = rпj – r0 + lj sinпj = Ir пj + lj sinпj, (15.7)
где lj - текущая длина хорды от точки касания кулачка с плоским толкателем до текущего радиуса кулачка rпj, параллельного оси толкателя, которая определяется по выражению
. (15.8)
Дифференцируя зависимости для подъёма толкателя hтj, определяют его скорости vт и ускорения jт. Так же, как и в КШМ, это необходимо для оценки сил инерции и трения в ГРМ. Так, для роликового толкателя имеем
; (15.9)
. (15.10)
Для плоского толкателя скорость и ускорение можно вычислить по зависимостям
; (15.11)
, (15.12)
где производная хорды lj по углу подъёма определится выражением
. (15.13)
Отметим, что при контакте толкателя с поверхностью кулачка радиусом rс его скорость и ускорение равны нулю.
Для оценки перемещений, скоростей и ускорений клапана необходимо соответствующие характеристики толкателя (перемещения, скорости, ускорения) умножить на передаточное число привода uкл.
Типичные зависимости кинематических характеристик толкателя от угла поворота кулачка к изображены на рис. 15.4, анализ которых показывает, что при взаимодействии кулачка с толкателем имеют место четыре удара (четыре пика jт). При jт < 0 возможен отрыв толкателя от поверхности кулачка. Чтобы этого избежать, необходимо выполнение условия (Fп.к / uкл) > Fjт, где Fп.к - усилие возвратной пружины клапана; Fjт - суммарная сила инерции толкателя, клапана и всех деталей его привода, отнесённая к толкателю.
Боковую силу FтN, прижимающую толкатель к поверхности его скольжения и реакцию кулачка Rк можно оценить с помощью осевой силе Fто, согласно рис. 15.5:
FтN = Fто tgпj; (15.14)
Rк = Fто cosпj, (15.15)
где Fто = Fп.к / uкл + Fjт.
Модуль силы трения кулачка о толкатель Fтр.к пропорционален боковой силе FтN, а направление противоположно его окружной скорости. Силы инерции Fjт, трения толкателя о стенки Fтр.т и в подшипниках распределительного вала Fтр.рв определяются в полной аналогии с такими же силами КШМ.