Бензиновые и дизельные двигатели

1. Исторический обзор………………………………………………………………………………………………………………….. 7
2. Основы механики…………………………………………………………………………………………………………………….. 13
2.1. Кинематика поршневого двигателя………………………………………………………………………………………. 14
2.2. Кинематика роторно-поршневого двигателя…………………………………………………………………………. 17
2.3. Силы действия газов…………………………………………………………………………………………………………… 21
2.4. Силы инерции………………………………………………………………………………………………………………………21
2.5. Распределение сил в поршневых механизмах двигателя………………………………………………………23
2.5.1. Распределение сил в кривошипно-шатунном
механизме поршневого двигателя………………………………………………………………………………..23
2.5.2. Распределение сил в эксцентриковом
механизме роторно-поршневого двигателя………………………………………………………………… 24
2.6. Диаграмма тангенциальных сил…………………………………………………………………………………………… 26
2.7. Коэффициент неравномерности и маховик…………………………………………………………………………..31
2.8. Балансировка……………………………………………………………………………………………………………………….34
2.8.1. Уравновешивание сил инерции в одноцилиндровом двигателе………………………………………34
2.8.2. Уравновешивание сил инерции и моментов
инерции в однорядном двигателе………………………………………………………………………………… 35
2.9. Крутильные колебания………………………………………………………………………………………………………….43
3. Основные положения теплотехники………………………………………………………………………………………. 51
3.1. Принцип работы…………………………………………………………………………………………………………………..51
3.1.1. Рабочий цикл четырехтактного двигателя…………………………………………………………………51
3.1.2. Рабочий цикл двухтактного двигателя……………………………………………………………………….. 52
3.2. Идеальные процессы……………………………………………………………………………………………………………53
3.2.1. Основные положения……………………………………………………………………………………………………..53
3.2.2. Термический коэффициент полезного действия………………………………………………………….. 54
3.2.3. Процесс сгорания и топливо………………………………………………………………………………………… 57
3.2.4. Отведение специальных циклических процессов………………………………………………………….. 58
3.3. Фактический рабочий процесс……………………………………………………………………………………………… 60
3.4. Среднее давление на поршень……………………………………………………………………………………………..62
3.5. Мощность……………………………………………………………………………………………………………………………. 62
3.5.1. Индикаторная мощность двигателя…………………………………………………………………………….63
3.5.2. Эффективная мощность………………………………………………………………………………………………63
3.5.3. Литровая мощность двигателя…………………………………………………………………………………… 64
3.5.4. Удельная масса двигателя…………………………………………………………………………………………… 64
3.6. Коэффициент
полезного действия…………………………………………………………………………………………………………….64
3.6.1. Относительный внутренний коэффициент полезного действия…………………………………65
3.6.2. Индикаторный коэффициент полезного действия……………………………………………………….65
3.6.3. Механический коэффициент полезного действия…………………………………………………………65
3.6.4. Эффективный коэффициент полезного действия………………………………………………………. 65
3.7. Удельный расход топлива…………………………………………………………………………………………………….66
3.8. Расчет среднего эффективного давления на поршень…………………………………………………………. 66
4. Расчет габаритных размеров……………………………………………………………………………………………………70
4.1. Габаритные размеры двигателей легковых автомобилей и мотоциклов……………………………….. 71
4.2. Габаритные размеры при указании эффективной
мощности и частоты вращения коленчатого вала………………………………………………………………..72
5. Воспламенение рабочей смеси……………………………………………………………………………………………….. 75
5.1. Типы воспламенения рабочей смеси……………………………………………………………………………………. 76
5.1.1. Принудительное зажигание рабочей смеси……………………………………………………………………76
5.1.2. Самовоспламенение рабочей смеси от сжатия……………………………………………………………. 77
5.2. Задержка воспламенения рабочей смеси…………………………………………………………………………….. 77
5.3. Системы зажигания для принудительного
воспламенения рабочей смеси……………………………………………………………………………………………78
5.3.1. Индуктивная (контактная) система зажигания…………………………………………………………… 79
5.3.2. Транзисторная индуктивная система зажигания………………………………………………………… 81
5.3.3. Высоковольтная конденсаторная система зажигания………………………………………………….85
5.4. Свечи зажигания…………………………………………………………………………………………………………………..87
5.5. Момент зажигания……………………………………………………………………………………………………………….. 90
5.6. Влияние зажигания на состав отработавших газов………………………………………………………………..92
6. Детонация………………………………………………………………………………………………………………………………….94
6.1. Детонация в бензиновом двигателе……………………………………………………………………………………… 94
6.1.1. Причина………………………………………………………………………………………………………………………….94
6. 1.2. Способы предотвращения детонации………………………………………………………………………….95
6.1.3. Определение детонационной стойкости бензина…………………………………………………………98
6.2. Детонация в дизельном двигателе……………………………………………………………………………………… 100
6.2.1. Причина………………………………………………………………………………………………………………………. 100
6.2.2. Способы предотвращения детонации………………………………………………………………………… 100
6.2.3. Определение воспламеняемости дизельного топлива………………………………………………. 101
7. Смесеобразование…………………………………………………………………………………………………………………. 103
7.1. Смесеобразование в бензиновом двигателе………………………………………………………………………. 103
7.1.1. Карбюратор…………………………………………………………………………………………………………………104
7.1.2. Системы впрыска бензина…………………………………………………………………………………………. 121
7.1.3. Влияние смесеобразования на токсичность
отработавших газов бензинового двигателя……………………………………………………………. 136
7.1.4. Нейтрализация отработавших газов в бензиновом двигателе………………………………… 13 7
7.2. Смесеобразование в дизельном двигателе…………………………………………………………………………143
7.2.1. Впрыскивание с распределением воздуха……………………………………………………………………. 145
7.2.2. Впрыскивание дизельного топлива на поверхность
камеры сгорания………………………………………………………………………………………………………….149
7.2.3. Рециркуляция отработавших газов…………………………………………………………………………… 151
7.2.4. Основные агрегаты систем впрыска дизельного топлива………………………………………….154
7.2.5. Очистка отработавших газов в дизельном двигателе……………………………………………….177
7.3. Послойный заряд………………………………………………………………………………………………………………..182
8. Смена заряда смеси в цилиндре…………………………………………………………………………………………….185
8.1. Смена заряда смеси в четырехтактном двигателе……………………………………………………………185
8.1.1. Конструкция газораспределительного механизма……………………………………………………… 188
8.1.2. Конструкция клапанов………………………………………………………………………………………………… 192
8.1.3. Конструкция кулачков…………………………………………………………………………………………………. 194
8.1.4. Расчет пружины клапана……………………………………………………………………………………………..204
8.2. Смена заряда смеси в двухтактном двигателе…………………………………………………………..208
8.2.1. Способы продувки цилиндра двухтактного двигателя………………………………………………..209
8.2.2. Нагнетатель продувочного воздуха……………………………………………………………………………211
8.2.3. Расчет параметров впускных и выпускных окон………………………………………………………… 211
8.2.4. Давление продувки……………………………………………………………………………………………………….216
9. Наддув……………………………………………………………………………………………………………………………………. 218
9.1. Возможности увеличения мощности…………………………………………………………………………………… 218
9.2. Способ наддува…………………………………………………………………………………………………………………. 220
9.2.1. Автономный наддув, механический наддув…………………………………………………………………. 220
9.2.2. Газотурбинный наддув………………………………………………………………………………………………..221
9.2.3. Наддув с помощью колебаний давления………………………………………………………………………. 229
10. Элементы конструкции…………………………………………………………………………………………………………233
10.1. Кривошипно-шатунный механизм…………………………………………………………………………………….. 233
10.1.1. Поршень…………………………………………………………………………………………………………………… 233
10.1.2. Шатун……………………………………………………………………………………………………………………….245
10.2. Головка блока цилиндров………………………………………………………………………………………………….250
10.3. Блок цилиндров и цилиндры двигателя…………………………………………………………………………….251
10.3.1. Блок цилиндров двигателя………………………………………………………………………………………. 251
10.3.2. Цилиндр……………………………………………………………………………………………………………………. 251
11. Обзор……………………………………………………………………………………………………………………………………. 253
11.1. Двигатель Ванкеля……………………………………………………………………………………………………………253
11.2. Двигатель Стирлинга………………………………………………………………………………………………………..255
11.3. Будущие концепции двигателей……………………………………………………………………………………….. 259
Приложение………………………………………………………………………………………………………………………………..261
Используемые буквенные обозначения………………………………………………………………………………….. 271