Дьяченко В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания

Подождите немного. Документ загружается.

В.Г. Дьяченко

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ

Учебник

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Основные определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания

Действительные циклы четырёхтактных двигателей внутрен-

него сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Действительные циклы двухтактных двигателей внутреннего

сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Краткая история развития двигателей внутреннего сгорания . .

Классификация двигателей внутреннего сгорания . . . . . . . . . . . 67

ГЛАВА 2.

ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРА-

НИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Сырьевые ресурсы моторного топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Состав нефти и нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Основные характеристики моторных топлив . . . . . . . . . . . . . . .

Марки моторных топлив . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА 3.

РАБОЧЕЕ ТЕЛО В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРА-

НИЯ И ЕГО СВОЙСТВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

101

Основные определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101

Состав и основные характеристики свежего заряда . . . . . . . . . .

104

Состав продуктов сгорания при полном сгорании топлива . . .

106

Состав продуктов сгорания при неполном сгорании топлива . .

111

Токсичность отработавших газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

113

Теплоемкость рабочего тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

121

ГЛАВА 4.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ В РА-

БОЧЕЙ ПОЛОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРА-

НИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127

Уравнение объемного баланса Н.М. Глаголева . . . . . . . . . . . . .

127

Дифференциальные уравнения процессов массообмена и теп-

лообмена в надпоршневой полости . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . .

132

Теплообмен между рабочим телом и стенками надпоршневой

полости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

139

ГЛАВА 5.

ТЕЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА ЧЕРЕЗ ОРГАНЫ ГАЗОРАС-

ПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

147

Площадь проходных сечений клапанов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

147

Площадь проходных сечений окон в стенке цилиндра . . . . . . . .

152

Истечение газа через органы газораспределения . . . . . . . . . . . .

154

Эффективная площадь проходных сечений органов газорас-

пределения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

167

ГЛАВА 6.

ПРОЦЕССЫ ГАЗООБМЕНА В ЧЕТЫРЁХТАКТНЫХ ДВИ-

ГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . .

171

Особенности организации процессов газообмена в четырёх-

тактных двигателях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

172

Показатели процессов газообмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

177

Приближенная оценка показателей газообмена четырёхтакт-

ного двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

182

Расчет процесса выпуска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

186

Расчет процессов в надпоршневой полости на участке пере-

крытия клапанов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

201

Расчет процесса впуска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Возможности использования численного моделирования про-

цессов газообмена четырёхтактных двигателей для решения

практических инженерных задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

223

ГЛАВА 7.

ПРОЦЕССЫ ГАЗООБМЕНА В ДВУХТАКТНЫХ ДВИГА-

ТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

236

Особенности организации процессов газообмена в двухтакт-

ных двигателях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

236

Расчет процессов газообмена в двухтактных двигателях с на-

гнетателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

240

Расчет процессов газообмена в двухтактных двигателях с

кривошипно-камерной продувкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

255

ГЛАВА 8.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗОВОЗДУШ-

НЫХ КАНАЛАХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРА-

НИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

275

Методы моделирования газодинамических процессов в газо-

воздушных каналах двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

275

Основные посылки моделирования неустановившегося тече-

ния газа в газовоздушных каналах двигателей. . . . . . . . . . . . . .

277

Процессы разгона газа в газовоздушных каналах двигателей

291

Процессы торможения газа в газовоздушных каналах двига-

телей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

303

Влияние газодинамических процессов во впускной и выпу-

скной системах на процессы газообмена в надпоршневой по-

лости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

309

ГЛАВА 9.

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

318

Процессы, происходящие в надпоршневой полости при сжа-

тии рабочего тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

318

Моделирование процесса сжатия в двигателях с неразделен-

ными (полуразделенными) камерами сгорания . . . . . . . . . . . .

324

Моделирование процесса сжатия в двигателях с разделенны-

ми камерами сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

327

ГЛА

ВА10.

ПРОЦЕССЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ, СГОРАНИЯ И РАС-

ШИРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГА-

НИЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

334

Процессы смесеобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

334

Зажигание топливовоздушных смесей от искры электричес-

кого разряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

344

Процессы сгорания топливовоздушных смесей . . . . . . . . . . . . . 348

Методы расчета процессов сгорания и расширения . . . . . . . . .

367

ГЛА

ВА11.

ПРОЦЕССЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ, ВОСПЛАМЕНЕНИЯ,

СГОРАНИЯ И РАСШИРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ С ВОС-

ПЛАМЕНЕНИЕМ ТОПЛИВА ОТ СЖАТИЯ

. . . . . . . . . . . . . . .

378

Системы подачи топлива в камеру сгорания дизеля . . . . . . . . .

378

Процессы смесеобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

382

Процессы воспламенения, сгорания и расширения . . . . . . . . . .

393

Методы расчета процессов сгорания и расширения в двигате-

лях с воспламенением топлива от сжатия . . . . . . . . . . . . . . . . .

404

ГЛА

ВА12.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕ-

ЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

Индикаторные показатели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

420

Механические потери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

427

Эффективные показатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

431

Составляющие теплового баланса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

433

ГЛА

ВА13.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГО-

РАНИЯ . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

441

Режимы работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

441

Регулировочные характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

441

Эксплуатационные характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

447

Специальные

характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

452

ГЛ

АВА14.

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ И

РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

Требования, предъявляемые к двигателю . . . . . . . . . . . . . . . . . .

459

Частота вращения коленчатого вала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

464

Ход поршня и отношение хода поршня к диаметру цилиндра

468

Число и расположение цилиндров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

Пример выбора основных параметров конструкции и рабочих

процессов двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

474

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

–

диаметр цилиндра, мм

S –

ход поршня, мм

n –

число оборотов коленчатого вала: об/мин, мин

–

средняя скорость поршня, м/с

–

полный объем надпоршневой полости: см

, л, м

–

объем камеры сжатия: см

, л, м

–

рабочий объем надпоршневой полости: см

, л, м



–

геометрическая степень сжатия



–

действительная степень сжатия

–

атмосферное давление: Па, МПа

–

температура атмосферного воздуха, К

–

давление смеси газов в надпоршневой полости в НМТ: Па, МПа

–

температура смеси газов в надпоршневой полости в НМТ, К

–

потенциальный заряд надпоршневой полости, кг



–

коэффициент наполнения при условиях окружающей среды



–

коэффициент остаточных газов

–

давление воздуха (смеси) перед впускными клапанами: Па, МПа

–

температура воздуха (смеси) перед впускными клапанами, К



–

коэффициент наполнения при условиях перед впускными

клапанами



–

коэффициент избытка продувочного воздуха



–

коэффициент утечки продувочного воздуха

–

давление смеси газов в конце такта сжатия: Па, МПа

–

максимальное давление газов в надпоршневой полости: Па, МПа

–

среднее индикаторное давление: Па, МПа

–

среднее давление механических потерь: Па, МПа

н.п

–

среднее давление насосных потерь: Па, МПа

–

среднее эффективное давление: Па, МПа

–

индикаторная мощность, кВт

–

эффективная мощность, кВт



–

механический коэффициент полезного действия



–

индикаторный коэффициент полезного действия

–

удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт



ч)



–

эффективный коэффициент полезного действия

–

удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт



ч)

–

часовой расход топлива, кг/ч.

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность производства, темпы научно-технического

прогресса, рациональное использование топливных ресурсов все

в большей мере зависят от состояния топливно-энергетического

комплекса страны. Важнейшей составной частью топливно-

энергетического комплекса, наряду с электроэнергетикой, явля-

ются двигатели внутреннего сгорания. Высокая экономичность,

относительно небольшие габариты и масса, надежность и авто-

номность обеспечили широкое применение двигателей внутрен-

него сгорания в качестве энергетической установки на автомо-

бильном, железнодорожном и водном транспорте, в сельском хо-

зяйстве и строительстве. Исключительно велика роль двигателей

внутреннего сгорания в экономике развивающихся стран. Во

многих развивающихся странах двигатели внутреннего сгорания

широко используются и для производства электроэнергии. Труд-

но переоценить значение двигателей внутреннего сгорания и для

экономики Украины. Суммарная мощность действующего на Ук-

раине парка двигателей внутреннего сгорания более чем на поря-

док превышает мощность стационарных электростанций. Это со-

отношение сохранится и в будущем.

Развитие двигателей внутреннего сгорания (как и энергети-

ки в целом) все в большей степени предопределяется ужесточе-

нием требований в отношении экономичности, выбросов токсич-

ных веществ с отработавшими газами. Это обусловлено, во-

первых, ограниченными запасами органического топлива и в

первую очередь нефти, во-вторых, повышением уровня загрязне-

ния атмосферы токсичными веществами отработавших газов дви-

гателей внутреннего сгорания.

Насколько остро сегодня стоит вопрос о снижении загряз-

нения воздуха в крупных промышленных центрах многих стран

выбросами токсичных веществ с отработавшими газами двигате-

лей внутреннего сгорания можно судить по тем мероприятиям,

которые предпринимаются для снижения токсичности отрабо-

тавших газов двигателей (организация производства неэтилиро-

ванных высокооктановых бензинов, электронных систем впрыска

и управления; установка на автомобилях каталитических нейтра-