Тепловые двигатели (кроме паровых машин и паровых турбин)

Методические указания предназначены для студентов при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Тракторы и автомобили» (конструкция тракторов), составлены на основании требований ФГОС ВПО по направлению подготовки 110800 (35.03.06) «Агроинженерия» (квалификация (степень) «бакалавр») и др. нормативных документов.

Методические указания предназначены для практических занятий по дисциплине «Основы расчета тепловых двигателей». Составлены в соответствии с РП по направлению подготовки 23.03.03 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов и другими нормативными документами.

Учебное пособие предназначено для студентов при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Тракторы и автомобили» (конструкция тракторов), составлено на основании требований ФГОС ВПО по направлению подготовки 110800 (35.03.06) «Агроинженерия» (квалификация (степень) «бакалавр») и др. нормативных документов.

В учебном издании рассмотрена методика проектирования, расчета и оценки технико-экономических показателей двигателей внутреннего сгорания.

Целью написания данной разработки является систематизация и углубление теоретических знаний студентов по ПМ.01. Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта. Основной задачей курса лабораторных работ по техническому обслуживанию автомобилей является приобретение студентами практических навыков, которые позволят им в производственных условиях решать задачи по организации технического обслуживания автомобилей. Предложенные в практикуме работы являются отдельными элементами всего многообразия проблем, которые решает инженерная служба автомобильного транспорта. Курс базируется на прочных знаниях студентами устройств и работы автомобильного подвижного состава.

В методических указаниях изложен порядок изучения конструкции основных механизмов и систем двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрены основные методы контроля эксплуатационных свойств моторных масел, проведён анализ изменения их физико-химических свойств в зависимости от сроков хранения. Предложены показатели качества моторных масел, позволяющие обосновать предельное состояние, по достижению которого необходима их замена.

Освещены вопросы теории, технологии и оборудования для электрохимикомеханической безразборной обработки (ремонтное восстановление) прецизионных плунжерных пар топливных насосов. Раскрыт механизм химическо-гальванического наращивания изношенных поверхностей твёрдыми металлами с одновременной притиркой и устранением из-лишних гальваноэлементов. Рассмотрено оборудование, внедрённое в промышленное ремонтное производство топливных насосов дизельных двигателей.

Рассмотрены вопросы технического обслуживания силовой установки БМП-2, а также представлен перечень горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей, применяемых на БМП-2. Материал изложен в виде операционных карт.

В учебном пособии представлены в краткой форме, с иллюстрациями основные сведения о конструкции и работе жидкостных ракетных двигателей. Приведены расчетные схемы, необходимые формулы и методики для проектирования, числовые примеры расчетов, а также материал справочного характера.

Рассматривается движение спутных коаксиальных циркуляционно- продольных потоков жидкости со взаимно противоположным вращением. Такое течение называется контрвихревым и применяется в современных технологиях микробиологической и химической промышленности, в гидротехнике, гидроэкологии, энергетике, двигателестроении. Рассмотрены вопросы математического и численного моделирования контрвихревых течений, а также гидравлика таких потоков, в том числе методики гидравлических расчетов сооружений и оборудования, основанных на их использовании.

В издании приведены методики расчета рабочего процесса (тепловой расчет) и построения теоретических эксплуатационных характеристик двигателя внутреннего сгорания. Рассмотрен пример расчета.

В настоящем учебном пособии сделаны акценты методического характера на рассмотрении деталей и принципиальных моментов, возникающих при изучении основных понятий и соотношений технической термодинамики, понимание которых необходимо для правильного их использования в инженерной деятельности теплоэнергетика. При обосновании модели одномерной поточной системы, в том числе для течений Пуазейля и Куэтта, используется материал из курса гидрогазодинамики. Это позволяет продемонстрировать тесную связь между разными разделами теоретических основ теплотехники, описывающими процессы, протекающие в оборудовании энергоустановок. Рассмотрено применение основных соотношений технической термодинамики для различных видов энергоустановок и устройств, применяемых в теплотехнике.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с применением имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок на разных этапах их проектирования. Особое внимание уделено разработке методик и алгоритмов, используемых при подготовке и реализации имитационного моделирования функционирования компонентов «машина» и «рабочая среда» системы «человек-машина-среда».

В учебном пособии рассмотрены вопросы общего устройства и принципы работы энергетических установок, теоретические основы рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Анализируется влияние основных конструктивных и эксплуатационных факторов на протекание этих процессов, на индикаторные и эффективные показатели двигателей. Во второй части приведены методики и примеры теплового расчета ДВС.

Повышение цены на нефть и сокращение ее запасов заставляют активно искать альтернативные виды топлива для автомобильных двигателей, ведущие производители и исследовательские институты, такие как Bosch, Daimler, VAG, Delphi и др. работают над созданием двутопливных систем, где используется не один вид топлива в один момент времени, а два вида топлива подаются в цилиндр и сгорают одновременно. Изучаются различные возможные комбинации топлив, наиболее перспективные среди которых: дизель+бензин, дизель+газ, бензин+газ. Поскольку высокие эксплуатационные показатели автомобильных ДВС обеспечиваются, в том числе, управлением их рабочим процессом, востребованными являются исследования по управлению двигателем при работе на различных топливных смесях. Для двутопливных двигателей управление необходимо осуществлять, помимо всего прочего, с учетом соотношения подач двух видов топлива. В данное работе рассмотрены актуальные методы, способы и алгоритмы управления ДВС, учитывающих этот момент.

Пособие составлено в соответствии с ФГОС ВО, программой дисциплины и рабочим учебным планом. Содержит рекомендации к выполнению практических работ, общие требования к оформлению, теоретическую часть, методику, задания, вопросы для контроля степени усвоения материала

После многолетнего проведения расчетных исследований радиально-осевой турбины турбокомпрессора ТКР-14 представлен аналитический обзор пространственных методов расчета турбины. Дан рабочий инструмент по изучению структуры потока и проектированию проточной части турбины, работающей в составе комбинированного двигателя

После многолетнего проведения расчетных исследований радиально-осевой турбины турбокомпрессора ТКР-14 [1 – 14] представлен аналитический обзор методов расчета турбинной ступени на среднем радиусе. Авторы работы ставят цель дать рабочий инструмент по расчету и проектированию турбины, работающей в составе комбинированного двигателя

Представлена последовательность выбора основных геометрических параметров, необходимых для решения задачи проектирования проточной части радиально-осевой турбины комбинированного двигателя на первом этапе комплексного метода расчета, предложенного авторами в более ранних статьях

Приводятся результаты разработки и испытаний технологии молекулярной модификации топлива (ММТ) электрическими полями на бензиновых и дизельных двигателях. Показаны экономический и экологический эффекты от применения этой технологии в начале и конце 80-часового цикла испытаний бензинового впрыскового двигателя. Делаются выводы о ресурсе ДВС с молекулярными модификаторами топлива. Приводятся результаты испытаний дизельного двигателя

Описывается современное состояние и направления развития инженерных двигателей: карбюраторных и инжекторных. Рассмотрена инжекторная система управления подачей топлива, ее состав и краткая характеристика достоинств и недостатков

Предлагается использовать в составе предложенной в более ранних статьях авторов комплексной модели расчета и проектирования метод ЦНИДИ, что позволит сделать оценку эффективности работы турбины в составе импульсной системы наддува комбинированного двигателя

В целях выбора расчетных параметров степени радиальности при проектировании проточной части радиально-осевой турбины, работающей в составе импульсной системы наддува комбинированных двигателей, предлагается использовать оптимизационный алгоритм метода множителей Лагранжа в составе предложенного в более ранних работах авторов комплексного подхода, объединяющего положительные стороны существующих математических моделей и методов расчета турбины

Актуальность работы связана с проблемой высоких механических потерь на трение в безнаддувных быстроходных малоцилиндровых четырехтактных поршневых дизелях. Цель исследования состоит в проверке эффективности применения опытного поршня с жесткой юбкой, по предварительным данным обеспечивающего снижение механических потерь в цилиндро-поршневой группе. Метод проверки заключался в сравнении контрольных показателей серийного и опытного поршней. В качестве контрольных показателей приняты: сила трения поршня в цилиндре и формируемые ее работой механические потери; температуры в характерных зонах поршня; температуры стенки цилиндра и моторного масла, обусловленные трением поршня; момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала установки с поршнем в цилиндре. Сравнение проводилось как на основе моделирования, так и на основе экспериментов на макетной установке, выполненной на базе малоразмерного дизеля 1Ч 85/80 (ТМЗ-450Д). Объекты сравнения — серийный поршень указанного дизеля и опытный поршень с повышенной жесткостью юбки, что обеспечивается специальными ребрами жесткости, связывающими стенку юбки с бобышками поршня. Результаты моделирования показали преимущество опытного поршня перед серийным по признакам снижения: механических потерь на 4 %, износа юбки поршня на 33 %, температур центра камеры сгорания и верхней кромки днища поршня на 5 и 10 % соответственно. Экспериментальная проверка позволила установить, что опытный поршень при прочих равных условиях прокрутки без сжатия, сгорания и охлаждения обеспечил снижение момента сопротивления прокручиванию на 3 %, температур стенки цилиндра на 9 % и моторного масла на 6 %. Результаты сравнительного расчетного моделирования и эксперимента указывают на определенную перспективу замены серийного поршня на опытный, связанную с возможностью снижения температуры днища поршня и механических потерь

Проведен анализ работы уплотнительных систем турбокомпрессоров, преимущественно отечественных автотракторных ДВС, с целью оценки расхода масла через уплотнительные кольца этих систем и их эксплуатационного ресурса

Рассмотрено негативное влияние нормируемых токсичных веществ: CO, CH, NOx отработавших газов распространенных бензиновых двигателей на окружающую среду, в том числе при отключении цилиндров на режимах холостого хода

На основании анализа различных моделей сыпучих тел обосновывается механизм образования динамических и статически устойчивых сводов, перемычек. Уточнены участки образования сводов, в частности расположенных ниже сечения наибольшего сводообразующего размера выпускного отверстия бункера, факторы, влияющие на их прочность, а также условия, при которых своды становятся не разрушаемыми

Изложены результаты экспериментальных исследований разработанных молекулярных модификаторов углеводородного топлива, позволяющих уменьшить расходы углеводородного топлива и улучшить экологические и ресурсные характеристики энергетических установок морских и речных судов. Приводятся данные о стендовых и эксплуатационных испытаниях двигателей внутреннего сгорания на легком топливе и котельных агрегатов на тяжелом топливе с молекулярными модификаторами топлива. Показано, что на морских судах возможна существенная экономия дизельного топлива. Рассмотрены перспективы применения молекулярных модификаторов топлива в различных областях техники

Исследуется проблема повышения эффективности замкнутой системы охлаждения судовых энергетических установок в неопределенных условиях эксплуатации судна. Предложена методика расчета высокоэффективной замкнутой системы охлаждения. Показано, что наиболее приемлемым и перспективным методом повышения эффективности работы замкнутой системы охлаждения является создание у судовой обшивки со стороны забортной воды газожидкостной струи, условия формирования и воздействие на достигаемый теплоотвод которой зависят от угла наклона обшивки корпуса. По показателю энергетической эффективности системы наилучшим является расположение судовых обшивочных теплообменных аппаратов на участках судовой обшивки с углом наклона –30°. Показано, что для получения одних и тех же значений коэффициента теплоотдачи энергозатраты при формировании газожидкостных струй оказываются меньшими, чем при создании вынужденного потока однородной жидкости вдоль теплоотдающих поверхностей. В целях экономии энергии на обеспечение работы замкнутой системы охлаждения целесообразно создание систем автоматического управления. Отмечается, что наиболее перспективна система с комбинированным управлением

Рассматриваются способы и результаты экспериментального исследования основных эксплуатационных показателей судового дизеля типа Ч 9,5/11 при его форсировании путём газотурбинного наддува. Определён комплекс внешних показателей двигателя при умеренной степени наддува. Установлены сравнительные температурные поля цилиндровой втулки и индикаторные диаграммы форсированного и дефорсированного вариантов двигателя. Приведены факторы, сдерживающие дальнейший рост уровня форсирования, намечены пути их нейтрализации. Работы выполнялись в совместной (Института физики Дагестанского научного центра РАН и Астраханского государственного технического университета) Лаборатории проблем моторной энергетики. Сотрудники Лаборатории форсировали тип серийного двигателя, который обладал наиболее низкими технико-экономическими показателями среди аналогичных машин. При этом были установлены нижние и верхние допустимые пределы форсирования, что позволит использовать существующие условия производства с минимумом конструкционных и технологических изменений

Важнейшими эксплуатационными характеристиками судовых двигателей внутреннего сгорания являются показатели надежности, топливной экономичности и экологической безопасности, зависящие от комплекса конструктивных и эксплуатационных факторов. Один из наиболее существенных факторов – качество дизельного топлива. Физические и химические свойства топлива влияют на процессы смесеобразования и сгорания в цилиндрах дизелей, полноту выгорания топлива, топливную экономичность, содержание вредных веществ в отработавших газах двигателя, ресурс топливоподающей аппаратуры и деталей цилиндропоршневой группы. Наиболее распространенным способом обеспечения требуемых свойств дизельного топлива является введение многофункциональных присадок. По результатам патентного поиска представлен обзор наиболее современных присадок к дизельному топливу, обеспечивающих улучшение смесеобразования и сгорания топлива, приведены сведения по химическому составу присадок, описан механизм их действия, влияние на способность к воспламенению и структуру топливовоздушной смеси. Указаны российские и зарубежные производители присадок к дизельному топливу. Испытания, проведенные на четырехтактных высокооборотных дизелях, позволили установить, что применение одной из таких присадок отечественного производства («NagroBoost») обеспечивает снижение удельного эффективного расхода топлива на 3–7 % и отсутствие увеличения вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания при работе двигателя по нагрузочной и винтовой характеристикам. Сделан вывод о перспективности использования присадок такого типа с целью повышения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания. Даны рекомендации по проведению дальнейших исследований с целью внедрения присадки «NagroBoost» на водном транспорте

Актуальность работы обусловлена недостаточной изученностью процессов маслоснабжения цилиндров четырехтактных поршневых двигателей с традиционным кривошипно-шатунным механизмом и комбинированной системой смазки. Цель исследования — получение экспериментальных данных о характере распределения моторного масла по окружности цилиндра двигателя внутреннего сгорания указанного типа.

С помощью цифровой трассерной визуализации изучено затухание дальнего следа и его турбулентных пульсаций за двумя тонкими дисками одинакового диаметра D, ориентированными перпендикулярно набегающему потоку. Экспериментальное исследование выполнено в водяном канале (Re ≈ 2·105) при варьировании расстояния между дисками (Lх = 4−8D) и сдвига их осей между собой (0, 0,5D и 1D). Выяснилось, что дефицит скорости за двумя дисками слабо зависит от Lx, а при Lх > 40D для всех случаев становится неразличимым от уровня турбулентных пульсаций набегающего потока. Установлено, что затухание дефицита средней скорости и его турбулентных пульсаций в следе за тандемом дисков можно описать аналогичной аналитической зависимостью с показателем степени −2/3, как и для затухания следа за одиночным диском. Однако на одинаковом удалении вниз по потоку величина дефицита за двумя дисками существенно превышает соответствующее значение за одиночным диском. Пульсации скорости в дальнем следе за парой дисков также слабо зависят от продольного размера Lx, но в тоже время, в отличие от дефицита скорости их уровень не сильно отличается от уровня пульсаций за одиночным диском

В работе предлагается использовать оптимизационный алгоритм метода неопределенных множителей Лагранжа в составе предложенного в более ранних работах авторов комплексного метода расчета, объединяющего положительные стороны существующих математических моделей и методов расчета турбины. Представлены характеристики турбин по КПД и по мощности в стационарном потоке.

Кратко описано устройство и принципы действия новой электронной системы управления карбюраторным двигателем ВАЗ-2110. Система управления обеспечивает работу двигателя на газовом топливе и бензине. Применение разработанной системы значительно улучшает эксплутационные показатели автомобиля

Представлены результаты экспериментального исследования процесса сгорания бензовоздушной смеси с добавками водорода в одноцилиндровой установке УИТ-85. Показано влияние добавки водорода на среднюю скорость распространения фронта пламени в основной фазе сгорания, а также локальные турбулентные и нормальные скорости в наиболее удаленной от свечи зоне камеры сгорания, где установлен датчик ионизации

Представлены результаты экспериментального исследования процесса сгорания природного газа с добавками водорода в одноцилиндровой установке УИТ-85 имитирующей режимы холостого хода. Получены модели, позволяющие проводить расчет средних скоростей распространения фронта пламени в первой о основной фазах сгорания

Представлены результаты экспериментального исследования зависимости характеристик термоионизации от параметров максимального давления в процессе сгорания сжатого природного газа с добавками водорода в поршневой одноцилиндровой установке УИТ-85. Получены модели, показывающие возможность оценки изменения давления в процессе сгорания по параметрам термоионизации для систем диагностики процесса сгорания по ионизационным зондам

Изложены основы теории, расчета и проектирования пневмогидравлических систем (ПГС) и агрегатов автоматики жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ). Рассмотрены основные принципы построения систем управления и расстановки агрегатов управления ЖРДУ. Уделено внимание описанию гидродинамики внутрибаковых процессов, вопросам выбора основных параметров ПГС. Описаны основные методы контроля герметичности ПГС.

Рассмотрены способы рекуперации тепловых потерь мобильной компрессорной установки. Представлены возможные структурные схемы мобильных компрессорных установок с системой рекуперации тепловых потерь. Для каждого из рассмотренных вариантов выполнен термодинамический анализ энергетической эффективности; установлена её зависимость от основных режимных факторов, влияющих на работу установки. Приведены примеры решения задач и даны задачи для самостоятельного расчёта различных систем рекуперации тепловых потерь мобильной компрессорной установки.

Проведен анализ используемых электронных блоков и обновление для контроля и регулирования топливной аппаратуры дизельных двигателей. Приведены сравнительные характеристики и требования ко вновь разработанному оборудованию.

Книга посвящена зарождению и развитию в нашей стране поршневого авиамоторостроения. В ней рассказывается о структуре отрасли, органах управления ею, организации проектирования, изготовлении опытных образцов и серийной продукции. Кратко изложена история всех моторных заводов.

В работе представлена теоретическая модель двигателя Стирлинга схемы альфа с внутрицикловым аккумулированием теплоты, основанная на теплотехнических зависимостях, описывающих рабочий процесс. Показано решающее влияние эффективности теплового аккумулятора на термический КПД цикла двигателя.

Приведены общие сведения и порядок выполнения холодной и горячей обкатки двигателей и проведения приемо-сдаточных испытаний. Описана методика проведения обкатки двигателя с использованием стенда обкаточного тормозного универсального КИ-5540М, модернизированного путем установки аппаратно-программного комплекса при ручном и автоматическом управлении процессом.

Проведен анализ выявленных неисправностей и отказов двигателей внутреннего сгорания семейства ЯМЗ-530 с начала выпуска по настоящее время. На основе полученных результатов с помощью специализированного программного продукта разработана интерактивная система поиска и устранения неисправностей. В зависимости от условий работать с данной системой можно с различных устройств: стационарного компьютера, ноутбука, планшетного компьютера и мобильного телефона. Успешная реализация проекта позволит сократить затраты на ремонт двигателей, повысить качество сервисного обслуживания и потребительские свойства продукции ОАО «Автодизель».

Учебник содержит: тепловой расчет двигателя, расчет и построение характеристик двигателя, динамический и кинематический расчеты двигателя, расчет и построение мощностного баланса трактора, расчет и построение тяговой характеристики трактора со ступенчатой трансмиссией, примеры расчетов, контрольные вопросы для подготовки к защите курсовой работы, тесты для самоконтроля при подготовке к защите курсовой работы и экзаменам по разделам «Теория, основы расчета и анализ работы». Приведены авторские компьютерные программы для расчета курсовой работы на компьютере.

В учебно-методическом пособии содержатся краткие сведения по наиболее сложным вопросам теории двигателя автомобиля, контрольные вопросы для подготовки к защите курсовой работы, тесты для самоконтроля при подготовке к защите курсовой работы и экзаменам по разделам «Теория, основы расчета и анализ работы тракторных двигателей» и «Теория, основы расчета и анализ работы тракторов и автомобилей» и варианты заданий.

Приведены методические рекомендации по приобретению компетенций, предусмотренных в рабочей программе учебной практики ООП направления подготовки 190600.62 для профиля «Автомобильный сервис», описана методика организации и проведения учебной практики, требования к отчету, контрольные вопросы для самоподготовки.

В рекомендациях приведены исходные данные для выполнения курсовой работы по тепловому расчёту наиболее распространённого вида энергетических установок - автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В доступной форме описаны алгоритм и методика расчётов циклов ДВС для режима номинальной мощности. Приведены необходимые справочные данные, примеры расчётов циклов двигателей с искровым зажиганием и дизеля, включающие примеры выполнения графической части.