Тепловая напряженность деталей двигателя

23.1 Что понимается под термином «тепловая напряженность детали»?

Термин «тепловая напряженность» используется для выражения комплекса явлений, связанных с тепловым состоянием деталей двигателя, она определяется распределением температуры в деталях (тепловой нагрузкой, конструкцией детали, условиями ее охлаждения). Тепловое состояние влияет на прочность, условия смазки, износа, трения, механические напряжения.

23.2 Что понимается под тепловыми нагрузками детали? Под тепловыми нагрузками детали понимают значение удельного теплового потока от РТ к поверхности детали (радиацией и теплоотдачей).

23.3. Что понимается под результирующей по теплообмену температурой заряда? В чем состоит важность этого параметра?

; в дизелях учитывает и излучение.

23.4. Чем определяется температурное поле детали?

На температурное поле детали (t_w=f(x,y,z,t)) влияет поле тепловых нагрузок q=f(x,y,z,t), конструкция и материал детали (определяют термическое сопротивление теплопроводности), условия охлаждения.

23.5. Какие основные факторы и как влияют на величину тепловых нагрузок? Рассмотрите неравно мерность тепловых нагрузок по поверхностям деталей и ее причины.

На тепловую нагрузку влияет расположение участка относительно факела пламени, движение заряда, инициируемое при сгорании, распределение сгорающего топлива по КС (зависящее от числа и расположения топливных струй, размера и формы КС). Тепловые нагрузки нестационарны (из-за нестационарности параметров заряда, его скорости, структуры пламени, и т.д.) и неравномерны по деталям (влияет тип и размер КС, при уменьшении относительного диаметра КС в поршне дизеля неравномерность тепловой нагрузки возрастает) (у дизелей с разделенными КС неравномерность выше). Уровень тепловых нагрузок определяется степенью форсирования (N_л). Тепловая нагрузка увеличивается с ростом внешней нагрузки (a¯), n, p₀ и T₀, f_оз.

23.6. Какие основные факторы и как влияют на температурное поле детали? Рассмотрите неравно мерность распределения температуры в деталях и ее причины.

На температурное поле детали (t_w=f(x,y,z,t)) влияет поле тепловых нагрузок q=f(x,y,z,t), конструкция и материал детали (определяют термическое сопротивление теплопроводности), условия охлаждения.

23.7. Какие основные способы ограничения тепловых нагрузок, уменьшения температур деталей и неравномерности их распределения по деталям Вы можете Назвать?

Определенным конструкциям, материалам, условиям охлаждения соответствуют свои допустимые уровни тепловых нагрузок. Снижения тепловых нагрузок можно добиться при рациональной конструкции системы охлаждения (охлаждение наиболее нагретых участков без увеличения общего количества теплоты, отводимой в систему), переходом к жидкостному охлаждению вместо воздушного, при охлаждении маслом. Снижению температуры и градиента температуры в деталях способствуют теплоизолирующие материалы.

Системы питания ДсИЗ

24.1. Рассмотрите схему системы питания карбюраторного двигателя и объясните назначение ее элементов.

Система питания включает бак с датчиком указателя уровня (количества) топлива, топливопроводы, фильтр, насос (обычно диафрагменного типа) для подачи топлива из бака к карбюратору. Воздух поступает в карбюратор через воздухоочиститель, который одновременно выполняет функцию глушителя шума, возникающего при впуске. С целью снижения опасности образования в системе паровых пробок иногда часть топлива, подводимо го к карбюратору, перепускается обратно в топливный бак. Смесь топлива и воздуха из карбюратора подается к цилиндрам по впускному трубопроводу. Наиболее важным узлом системы является карбюратор, к которому предъявляются следующие основные требования: точное дозирование топлива, обеспечивающее получение необходимых экономических и мощностных показателей двигателя на всех режимах его работы при допустимой токсичности отработавших газов; возможность быстрого и плавного изменения режима работы двигателя; надежный и быстрый запуск двигателя; тонкое распыливание топлива.

24.2. Приведите классификацию систем питания двигателей с искровым зажиганием и охарактеризуйте преимущества и недостатки каждого типа систем.

различают: карбюраторные системы питания (относительная простота конструкции, невысокая стоимость, высокая надёжность и сравнительная простота обслуживания) и системы впрыскивания топлива (СВ) (улучшение равномерности распределения смеси по цилиндрам, повышение экономических показателей двигателя, снижение токсичности ОГ; повышение мощности двигателя).

24.3. Изобразите регулировочную характеристику по составу смеси и укажите экономическую и мощностную регулировки. Как эти регулировки изменяются в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов?

Мощностной – состав смеси, при котором ДВС развивает максимальную мощность. Экономический – состав смеси, при котором минимален g_e.

С уменьшением нагрузки и n зона рационального регулирования сужается, смещаясь в зону более богатых смесей.

24.4. В чем назначение и каков принцип работы систем современного карбюратора?

ГДС – обеспечивает коррекцию состава смеси в соответствии с характеристикой «идеального» карбюратора путем понижения давления у ТЖ в области частичных нагрузок.

СХХ – обеспечивает работу двигателя на режимах ХХ и малых нагрузок, на которых ГДС не работает из-за низкого разрежения в диффузоре и обеспечивает коррекцию состава совместно с ГДС, существенно влияя на характеристику карбюратора. Обогатительное устройство (экономайзер или эконостат) – обеспечивает переход к мощностному составу смеси для получения максимальной мощности. Ускорительный насос обеспечивает обогащение смеси при резком открытии ДЗ. Пусковое устройство (воздушная заслонка) – обеспечивает значительное обогащение смеси при холодном запуске (при малых n, и низких t воздуха и стенок впускного тракта).

24.5. Объясните преимущества, обеспечиваемые многокамерными карбюраторами. Какие типы многокамерных карбюраторов применяются? В чем преимущества пневматического привода ДЗ вторичной камеры?

При малых расходах воздуха обеспечивается хорошее распыливание топлива, а при больших углах открытия ДЗ улучшается наполнение цилиндров. Различают карбюраторы с параллельным открытием ДЗ, с последовательным открытием ДЗ и комбинированные (4-х камерные). При пневматическом приводе ДЗ-2 всегда закрыта при низкой w, отсутствуют провалы при ускорении.

24.6. Охарактеризуйте основные схемы систем впрыскивания бензина, в чем их преимущества?

Система центрального впрыскивания бензина при небольшом удорожании в сравнении с карбюраторной обеспечивает большую точность дозирования топлива и возможность электронного управления двигателем при использовании трёхкомпонентной системы нейтрализации отработавших газов. Это позволяет сократить время прогрева двигателя, снизить выброс токсичных компонентов, особенно СО и СН на режимах пуска и прогрева, а также на неустановившихся режимах (разгонах, при переключении передач, торможении двигателем). Главным недостатком такой системы является высокая неравно мерность состава смеси по цилиндрам, присущая карбюраторным системам.

Распределенное впрыскивание имеет следующие преимущества: - малое время от выхода топлива из форсунки до поступления в цилиндр, что уменьшает количество топливной пленки и улучшает работу двигателя на переходных режимах; - равномерное распределение топлива по цилиндрам; - большие возможности при конструировании (выборе формы) впускного трубопровода; - увеличение мощностных показателей двигателя на 8... 12% вследствие отсутствия подогрева впускного тракта, уменьшения его гидравлического сопротивления (нет диффузоров и распылителей) и хороших возможностей его динамической настройки. По сравнению с впрыскиванием во впускной тракт впрыскивание в цилиндр имеет принципиальное преимущество, которое связано с возможностью осуществления 2-стадийного впрыскивания. Например, можно первую часть цикловой дозы впрыскивать на такте впуска, а вторую часть цикловой дозы впрыскивать на такте сжатия с образованием в зоне свечи облака обогащенной смеси. Таким образом, в этом случае также будет иметь место расслоение заряда: часть заряда — из переобедненной смеси, а другая часть заряда — из хорошо воспламеняющейся, более богатой смеси (полурасслоенный заряд). Расслоение заряда позволяет перейти к качественному регулированию нагрузки, избежать высоких насосных потерь и увеличить индикаторный к.п.д. на малых нагрузках. Расслоение заряда должно быть управляемым: на полных и близких к ним нагрузках смесь должна быть гомогенной, т.е. расслоение заряда недопустимо, а на средних и особенно на малых нагрузках от расслоения заряда может быть большой эффект.

24.7. Приведите принципиальную схему системы распределенного впрыскивания бензина и укажите назначение ее элементов. (рис. 22.2 в ТС ДСИЗ)

24.8. В чем состоят преимущества систем впрыскивания бензина с электронным управлением по сравнению с карбюраторными?

Раздельное дозирование воздуха и топлива, в результате чего одной и той же подаче воздуха может соответствовать разная подача бензина; точное дозирование топлива как в среднем по двигателю, так и по отдельным цилиндрам на всех эксплуатационных режимах; возможность нейтрализации отработавших газов в системах с l-зондом; небольшая габаритная высота двигателя, позволяющая низко расположить капот кузова и уменьшить тем самым значение коэффициента аэродинамического сопротивления автомобиля (С_х), хорошая приспособляемость системы к диагностике; улучшение топливной экономичности двигателя на 5...15%.

24.9. Объясните принцип работы электромагнитной форсунки. Как осуществляется дозирование топлива?

(рис. 27.1) Количество поданного топлива зависит от времени открытого состояния клапана, которое не совпадает с длительностью действия напряжения. После подачи напряжения магнитный поток в магнитопроводе якоря достигает максимального значения через некоторый промежуток времени, зависящий от индуктивности обмотки и ее активного сопротивления. В зависимости от особенностей обмотки ее сопротивление может находиться в пределах от 2 до 16 Ом. Открытие форсунки начнется тогда, когда величина магнитного потока станет достаточной для преодоления усилия пружины 7. Время, прошедшее с момента подачи напряжения до момента открытия клапана, называется временем срабатывания. После прекращения подачи напряжения магнитный поток исчезает постепенно. Требуется некоторое время, чтобы он уменьшился и пружина закрыла клапан. Время, прошедшее с момента отключения напряжения до момента закрытия клапана, называется временем отпускания (Величины t_ср и t_отп зависят от: массы подвижных деталей; силы трения; индуктивности обмотки; жесткости пружины и давления топлива. Чем меньше время срабатывания и отпускания, тем точнее происходит дозирование топлива. допустимая погрешность величины цикловой подачи от длительности импульса напряжения составляет 3... 5%.

24.10 Какую роль играет в системе управления впрыскиванием бензина l-зонд?

датчик служит для информирования блока управления о наличии или отсутствии кислорода в отработавших газах. Эта информация позволяет управлять подачей топлива таким образом, чтобы обеспечить значение коэффициента избытка воздуха близким к 1. Чем ближе датчик расположен к выпускным клапанам, тем меньше время его прогрева и меньше время задержки его реакции на изменение a. Однако при слишком близком расположении начинает сказываться неравномерность состава смеси в разных цилиндрах. Применяют электрический подогрев.

Топливные системы дизелей

25.1. Приведите классификацию топливных систем дизелей по характеру действия, способам дозирования и конструктивному исполнению.

По характеру действия: непосредственного действия и аккумуляторные. По способу дозирования: клапанами, дросселированием на всасывании, отсечкой и изменением хода плунжера. По конструктивному исполнению: разделенного типа и насос-форсунки.

25.2. Рассмотрите схему топливной системы разделенного типа с дозированием плунжером золотником. Как осуществляется изменение цикловой подачи топлива?

(рис. 8.3)

25.3. Поясните устройство и функции плунжерной пары, нагнетательного клапана, трубопровода и форсунки.

В начальный период подъема плунжера во втулке происходит вытеснение топлива из надплунжерной полости в каналы низкого давления, находящиеся в корпусе насоса, через впускное окно. После перекрытия торцом плунжера впускного окна начинается активный ход плунжера. Под действием давления топлива в полости, открывается нагнетательный клапан и топливо подается в объем штуцера. Подошедшая к форсунке прямая волна вызывает нарастание давления топлива в корпусе форсунки, происходит открытие запирающего устройства форсунки, и начинается впрыскивание топлива в цилиндр дизеля. Окончание активного хода плунжера определяется тем, что отсечная кромка открывает отсечное окно. Этот процесс называют отсечкой: топливо через отверстие и окно перетекает в линию низкого давления; давление в надплунжерной полости быстро падает, и нагнетательный клапан под действием пружины движется вниз. Чтобы не допустить подвпрыскивания, нагнетательный клапан выполнен с разгрузочным пояском, имеющим высоту h_ко. Благодаря насосному действию разгрузочного пояска клапана из объема штуцера отсасывается часть топлива, давление в штуцере падает, и, как правило, происходит разрыв сплошности и выделение растворенного в топливе воздуха. Это обеспечивает демпфирование подошедшей к штуцеру насоса обратной волны, что позволяет избежать подвпрыскивания. Форсунки. Через форсунку топливо поступает в цилиндр двигателя. Форсунка осуществляет распыливание и распределение топлива по камере сгорания дизеля. Форсунки подразделяют на открытые и закрытые. Последние имеют иглу, закрывающую проходное сечение распылителя в период между впрыскиваниями. На автотракторных дизелях применяют закрытые форсунки с гидравлическим управлением. В таких форсунках игла или клапан нагружены пружиной и открываются под действием давления топлива. Вместо пружины может быть использовано гидравлическое запирание иглы. В этом случае форсунку называют гидрозапорной.

25.4. Какие преимущества и недостатки имеет применение насос-форсунок?

Преимущества: возможность получить высокие давления впрыскивания (до 120..160МПа), отсутствие подвпрыска. Недостатки: необходимость в дополнительном кулачковом вале, затрудняется работа регулятора частоты вращения (кроме форсунок с электромагнитными дозирующими клапанами).

25.5. Рассмотрите принципы работы аккумуляторных топливных систем с электронным управлением.

(рис. 12.1)

Системы наддува

26.1. Рассмотрите схемы, преимущества и недостатки системы с приводным нагнетателем, изобарной и импульсной систем газотурбинного наддува.

изобарная система с близким к постоянному давлением газа перед турбиной. В этой системе газы из всех цилиндров выходят в общий выпускной коллектор большого объема. Достоинством системы является то, что в стационарном потоке газа турбина работает с высоким КПД. Импульсная система с турбиной, работающей в пульсирующем потоке газа. Здесь газы подводятся к турбине от нескольких групп цилиндров, объединенных общим участком трубопровода. При этом обычно используют турбину с парциальным подводом газа, т. е. когда газы от каждой группы цилиндров подводятся к части окружности колеса. В одну группу объединяются цилиндры с достаточно большим интервалом работы (обычно 2-3 цилиндра), с тем чтобы их фазы впуска по возможности не перекрывались. При этом в выпускном коллекторе создаются пульсации давления, обеспечивающие при правильном выборе фаз газораспределения и конструкции выпускного коллектора низкий уровень противодавления в выпуск ном коллекторе в ходе такта выпуска из каждого цилиндра, что уменьшает работу выталкивания. При импульсном наддуве снижается КПД турбины. Изобарные системы более эффективны на больших частотах вращения и при больших давлениях в выпускном коллекторе (при высокой степени форсирования турбонаддувом), когда пульсации давления сглаживаются, а импульсные системы — при малых частотах вращения и сравнительно низких давлениях в выпускном коллекторе (обычно 0,16 МПа и ниже). В случае турбонаддува в связи с установкой турбины на пути движения газа повышается работа выталкивания, однако, поскольку для привода ТК используется энергия ОГ, это позволяет улучшить топливную экономичность по сравнению с ПН. Преимуществами ТК пёред ПН являются также большая компактность системы наддува, большее давление наддува на средних и высоких частотах вращения, что позволяет повысить степень форсирования двигателя наддувом, а также меньший уровень шума. В то же время ПН, имея жесткую связь с коленчатым валом, обеспечивает более высокое давление наддува на малых частотах вращения, что улучшает динамические качества транспортных средств и уменьшает выбросы сажи дизелями на малых частотах вращения и при разгоне. Только ПН на всех режимах работы двигателя обеспечивает давление на впуске в цилиндр большее, чем на выпуске, а это необходимо для осуществления продувки двухтактных двигателей.

26.2. Какие преимущества обеспечивает промежуточное охлаждение наддувочного воздуха? Какие типы охладителей воздуха Вы знаете? Рассмотрите их преимущества и недостатки.

Промежуточное охлаждение наддувочного воздуха способствует повышению массового наполнения цилиндров, что используется для повышения мощности, улучшения топливной экономичности, уменьшения тепловой напряженности деталей и снижения температуры газа перед турбиной. Теплообмен от горячего воздуха к охлаждающей жидкости происходит интенсивнее, чем к охлаждающему воздуху, поэтому водовоздушный ОНВ более компактен, а кроме того, он обеспечивает меньшую зависимость температуры наддувочного воздуха от температуры окружающего воздуха. Воздухо-воздушный ОНВ обеспечивает более глубокое охлаждение, так как температура атмосферного воздуха ниже температуры жидкости из системы охлаждения.

26.3. Приведите условия совместной работы компрессора, турбины и двигателя.

Дополнительное сопротивление выпускной системы вследствие наличия турбины ТК определяется 3 условиями совместной работы: 1) N_к=N_T; N_к=l_кадG_к/h_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), h_кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_тh_теh_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; h_те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, h_мТК – механический КПД ТК; 2) n_к=n_т – колеса турбины и компрессора установлены на одном валу; 3) G_T=G_к+G_топ-G_ут, где G_топ – секундный расход топлива, G_ут – расход на утечки, при сжатии ТВС G_T=G_к-G_ут.

26.4. Рассмотрите размерные характеристики центробежного компрессора и радиальной центростремительной турбины. Покажите на характеристике компрессора режимы совместной работы с двигателем по нагрузочным и внешней скоростной характеристике.

(рис. 17.2. и 21.1.)

26.5. Для чего и какие применяются на практике способы регулирования наддува?

В силу различия характеристик поршневых и лопаточных машин при увеличения частоты вращения двигателя частота вращения ротора ТК возрастает в степени 1,3... 1,5, а это приводят к получению недостаточной величины давления наддува на малых частотах вращения и чрезмерно высокой на больших. В результате на малых частотах вращения из-за недостатка воздуха снижается мощность, а у дизелей при отсутствия антикорректора подачи топлива по давлению наддува ухудшается экономичность и возрастают выбросы сажи. На высоких частотах вращения при высоком давлении наддува из-за увеличения потерь на трение и газообмен также ухудшается экономичность и возрастают максимальные давления сгорания, что может привести к поломке двигателя. Кроме того, поскольку у транспортных двигателей ТК, как правило, настраивается на промежуточную частоту вращения, на крайних частотах вращения его КПД снижается, что дополнительно ухудшает экономичность на этих режимах.

Чтобы обеспечить более благоприятное изменение давления наддува и высокую экономичность двигателя в широком диапазоне рабочих режимов, применяют регулирование турбонаддува. Методы регулирования наддува делят на внешние (перепуск части воздуха из компрессора в атмосферу или дросселирование воздуха на входе в компрессор, перепуск части отработавших газов, минуя газовую турбину, в атмосферу и др.) и внутренние, связанные с изменением проходных сечений гидравлического тракта турбокомпрессора (управление положением направляющих и диффузорных лопаток компрессора, положением лопаток соплового аппарата газовой турбины и др.). Внешние методы регулирования конструктивно осуществить значительно проще, чем внутренние. Однако последние обеспечивают высококачественное регулирование (поддержание высокого К. п. д. и расхода воздуха турбокомпрессором) в более широком диапазоне изменения режимов работы двигателя. Обычно при низком наддуве применяют внешние методы регулирования, как достаточно эффективные и относительно простые конструктивно, а при среднем и высоком – внутренние.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: