1Общие положения. Виды и классификация энергетических установок для транспортной техники. Основные направления развития конструкций энергетических установок. С развитием и расширением сферы производства возрастает необходимость в расширении видов энергетических установок и средств механического привода. Энергетические установки представляют собой различного рода устройства, предназначенные для переработки природных видов энергии – солнечной, химической, гидродинамической, магнитоэлектрической, ядерной, тепловой и других еще неоткрытых, в механическую энергию движения для привода в действие технологических установок, производственных устройств, транспортных машин и выработки электрической энергии. Из общего перечня различных видов энергии наибольшее распространение и признание к использованию получила тепловая энергия. Широкое распространение и использование тепловая энергия получила в связи успешной разработкой различного рода устройств, которые обеспечивают использование тепловой энергии и эффективное ее превращение в механическую работу. Такие устройства получили название тепловые двигатели. Тепловые двигатели можно разделить на две основные группы: – тепловые двигатели с внешним подводом теплоты (тепловые двигатели с внешним сгоранием); – тепловые двигатели с внутренним подводом теплоты (тепловые двигатели с внутренним сгоранием). До середины 19го столетия существовала единственная машина по превращению тепловой энергии в механическую работу. Это паросиловые установки с использованием водяного пара при низких температурах и небольших давлениях. Низкая эффективность таких установок не удовлетворяла необходимые объемы производства механической энергии. Творческая работа ученых и инженеров многих стран привела к появлению нового типа теплового двигателя, где в качестве рабочего тела используется газовая топливо-воздушная смесь, которая сжимается внутри рабочего объема под поршнем, сжигается и под действием избыточного давления рабочей смеси совершает механическую работу расширения. Одним из первых ученых указавших на возможность построения такого двигателя с внутренним подводом теплоты является С. Карно. В своей работе «Размышление о движущей силе огня» С. Карно писал: «Нам кажется целесообразным сжимать воздух насосом, затем переводить его в замкнутую камеру, вводя в нее маленькими дозами топливо, при помощи механизма, легко осуществляемого, затем предоставить газам возможность действовать на поршень в том же цилиндре или в каком-либо другом расширяющемся сосуде, и наконец, вытолкнуть их в атмосферу…» (1824 год). В 1860 году французский механик Ленуар построил двигатель с внутренним сгоранием смеси, работавший на светильном газе. В 1862 году французский инженер Бо-де-Роша запатентовал тип двигателя принцип которого был основан на высказываниях С. Карно. В 1876 году немецкий инженер Н. Отто построил двигатель, работа которого осуществлялась по принципу предложенному Бо-де-Роша. Работы над совершенствованием двигателя тормозились отсутствием высококачественного топлива. Их физические свойства не позволяли использовать значения степени сжатия выше 3-4 единиц. Более высокие значения приводили к детонационному сгоранию. В 1897 году немецкий инженер Дизель предложил новый тип двигателя с внутренним сгоранием. В объеме цилиндра сжимался чистый воздух. Топливо подается в объем цилиндра, распыливается в объеме камеры сгорания и самостоятельно воспламенятся от высокой температуры сжатого воздуха. В 1904 году русским инженером Г.В. Тринклером был построен бескомпрессорный двигатель, где первая часть теплоты подводилась на участке предварительного расширения. Такой двигатель со смешанным подводом теплоты нашел наибольшее распространение во всех странах мира. Таким образом, только в течение 40-50 лет был разработан и построен новый тип двигателя, который широко используется и в настоящее время. Родоначальниками теории ДВС и теоретического анализа по изучению физических явлений в рабочем цикле тепловых двигателей стали: проф. МВТУ В.И. Гриневецкий, Н.Р. Брилинг, Е.К. Мазинг, Б.С. Стечкин. Большой вклад в развитие двигателестроения внесли коллективы тракторных и моторных заводов ХТЗ, ВТЗ, ЧТЗ, ММЗ, АМЗ, ЯМЗ, КамАЗа, научно-исследовательские и проектные институты – ЦНИДИ, НАТИ, НАМИ, ведущие кафедры высших учебных заведений – МВТУ, АПИ, БПИ, ХАДИ, МАДИ, КАДИ, ЛСХИ, МАМИ. Среди них необходимо отметить известных ученых, которые свою жизнь посвятили развитию двигателестроению и воспитали школу своих продолжателей, это: В.М. Архангельский, К.А. Морозов, Б.Я. Черняк, А.Н. Воинов, В.П. Карпов, И.Я. Райков, Г.П. Покровский, А.И. Рыбалченко, Л.М. Соболев, Н.П. Третьяков. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ Лекция №1 Общие положения. Виды и классификация энергетических установок для транспортной техники. Основные направления развития новых конструкций энергетических установок. С развитием и расширением сферы производства возрастает необходимость в расширении видов энергетических установок и средств механического привода. Энергетические установки представляют собой различного рода устройства, предназначенные для переработки природных видов энергии – солнечной, химической, гидродинамической, магнитоэлектрической, ядерной, тепловой и других еще неоткрытых, в механическую энергию движения для привода в действие технологических установок, производственных устройств, транспортных машин и выработки электрической энергии. Из общего перечня различных видов энергии наибольшее распространение и признание к использованию получила тепловая энергия. Широкое распространение и использование тепловая энергия получила в связи успешной разработкой различного рода устройств, которые обеспечивают использование тепловой энергии и эффективное ее превращение в механическую работу. Такие устройства получили название тепловые двигатели. Тепловой двигатель представляет собой машину, предназначенную для превращения тепловой энергии в механическую работу. Тепловые двигатели можно разделить на две основные группы: – тепловые двигатели с внешним подводом теплоты (тепловые двигатели с внешним сгоранием); – тепловые двигатели с внутренним подводом теплоты (тепловые двигатели с внутренним сгоранием). Наиболее широкое применение в качестве энергетических установок для транспортной технике нашли теплосиловые установки, тепловые двигатели с внутренним подводом теплоты к рабочему телу. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловую машину, где подвод тепловой энергии к рабочему телу совершается в результате сгорания топливно-воздушной смеси внутри рабочего объема двигателя. К такого рода тепловых двигателей с внутренним подводом теплоты следует отнести: – поршневые двигатели внутреннего сгорания топливно-воздушной смеси в закрытом объеме цилиндра; – газотурбинные двигатели внутреннего сгорания топливновоздушной смеси в закрытом объеме камеры сгорания; – реактивные двигатели внутреннего сгорания топливно-воздушной смеси в закрытом объеме камеры сгорания; – комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Как доступный и приемлемый источник энергии тепловые двигатели внутреннего сгорания получили самое широкое распространение в промышленности выработки электрической энергии, на транспорте, в сельском хозяйстве, в промышленности строительно-дорожного и транспортного машиностроения (наземного, подземного, воздушного, водного, железнодорожного). В том числе при производстве многих других крайне необходимых устройств и обеспечения их энергетическими установками, в виде отдельного агрегата источника энергии. Широкое распространение тепловые двигатели внутреннего сгорания получили благодаря целому ряду своих положительно высоких достоинств: – высокая экономичность; – широкий диапазон изменения мощностных параметров; – автономность; – доступная технология производства; – широкая сфера использования. Поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловую машину основными деталями, которой являются: поршень, цилиндр, шатун, коленчатый вал и другие элементы дополнительных устройств. В качестве рабочего тела используется топливно-воздушная смесь и продукты ее сгорания. Повышение температуры и давления в объеме камеры сгорания, в результате подвода теплоты при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) обеспечивает появление газовой силы, действие которой на поршень приводит к перемещению поршня к нижней мертвой точке. Прямолинейное перемещение поршня превращается во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение коленчатого вала используется для преодоления внешнего дорожного сопротивления движению автомобиля, привода технических устройств и механизмов или совершение любой другой механической работы. Объем пространства, заключенного между головкой цилиндра и поршнем, при его положении в ВМТ называется объемом камеры сгорания Vc .Объем пространства освобождаемого при перемещении поршня от ВМТ до НМТ называется рабочим объемом цилиндра – Vh . Общая сумма объемов (Vh + Vc) называется полным объемом цилиндра и объемом, который занимает рабочая смесь при положении поршня в нижней мертвой точке – Va . По мере перемещения поршня к ВМТ рабочая смесь сжимается до минимального объема, равного объему камеры сгорания. Отношение полного объема цилиндра – Va к объему камеры сгорания в конце сжатия, при положении поршня в ВМТ – Vc, называется степенью сжатия по объему: Va Vc Сумма рабочих объемов всех цилиндров многоцилиндрового двигателя составляет рабочий литраж двигателя – Vл. Каждое из представленных положений можно выразить следующими соотношениями: Dц2 S П; рабочий объем цилиндра - Vh 4 Vh 1 объем камеры сгорания - Vc полный объем цилиндра - Va Vh Vc ; литраж двигателя - V л i Vh ; ; степень сжатия - Va Vc , где Dц – диаметр цилиндра двигателя; Sп – ход поршня; i – число цилиндров двигателя. С учетом особенностей организации рабочего процесса различают двигатели: – четырехтактные и двухтактные; – без наддува и с наддувом; – с внешним смесеобразованием (карбюраторные, инжекторные); – с внутренним смесеобразованием (дизельные, с впрыском топлива в конце сжатия); – с расслоением топливно-воздушной смеси; – с воспламенением смеси от электрической искры; – с воспламенением смеси от температуры сжатого воздуха; – с форкамерно-факельным зажиганием; – с качественным регулированием мощности; – с количественным регулированием мощности; – со смешанным регулированием. По конструкции различают двигатели. – с рядным вертикальным расположением цилиндров, горизонтальным рядным, V – образным и звездообразным расположением цилиндров; – роторно-поршневые двигатели трех типов; По способу охлаждения: – двигатели внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением; – двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением;
