МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Цикли роботи поршневих ДВЗ.Для зручності вивчення робочий цикл різних двигунів розбивають на процеси або, навпаки, групують процеси робочого циклу з урахуванням положення поршня щодо мертвих точок у циліндрі. Це дозволяє всі процеси в поршневих двигунах розглядати залежно від переміщення поршня, що більш зручно.

Частина робочого циклу, здійснювана в інтервалі переміщення поршня між двома суміжними мертвими точками, називається тактом.

Такту, а отже, і відповідному ходу поршня присвоюється назва процесу, який є основним при даному переміщенні поршня між двома його мертвими точками (положеннями).

У двигуні кожному такту (ходу поршня) відповідають, наприклад, цілком визначені основні для них процеси: впуск, стиснення, розширення, випуск. Тому в таких двигунах розрізняють такти: впуску, стиску, розширення й випуску. Кожна із цих чотирьох назв відповідно присвоюється ходам поршня.

У будь-яких поршневих двигунах внутрішнього згоряння робочий цикл складається з розглянутих вище процесів по розібраній вище схемі за чотири ходи поршня або всього за два ходи поршня. Відповідно до цього поршневі двигуни розділяють на двох- і чотирьохтактні.

У чотирьохтактному двигуні робочий цикл може бути здійснений за наступною широко застосовуваною схемою:

1. У процесі впуску поршень переміщається від верхньої мертвої точки (в.м.т.) до нижньої мертвої точки (н.м.т.), а звільнений надпоршневий простір циліндра заповнюється сумішшю повітря з паливом. Через різницю тисків у впускному колекторі й усередині циліндра двигуна при відкритті впускного клапана суміш надходить (всмоктується) у циліндр у момент часу, що зветься кутом відкриття впускного клапана φ_а.

Повітряно-паливна суміш і продукти згоряння (що завжди залишаються в об'ємі простору стиснення від попереднього циклу), змішуючись між собою, утворюють робочу суміш. Ретельно приготовлена робоча суміш підвищує ефективність згоряння палива, тому її підготовці приділяється велика увага у всіх типах поршневих двигунів.

Кількість повітряно-паливної суміші, що надходить у циліндр за один робочий цикл, називається свіжим зарядом, а продукти згоряння, що залишаються в циліндрі до моменту надходження в нього свіжого заряду - залишковими газами.

Щоб підвищити ефективність роботи двигуна, прагнуть збільшити абсолютну величину свіжого заряду і його вагову частку в робочій суміші.

2. У процесі стиску обидва клапана закриті й поршень, переміщаючись від н.м.т. до в.м.т. зменшуючи об'єм надпоршневої порожнини, стискає робочу суміш (у загальному випадку робоче тіло). Стиск робочого тіла прискорює процес згоряння й цим визначає можливу повноту використання тепла, що виділяється при спалюванні палива в циліндрі.

Двигуни внутрішнього згоряння будуються з великим ступенем стиску, який у випадках примусового запалювання суміші досягає значення 10…12, а при використанні принципу самозаймання палива зростає в межах 14…22.

Надалі проходить процес згоряння. У процесі згоряння відбувається окиснення палива киснем повітря, що входить до складу робочої суміші, внаслідок чого тиск у надпоршневій порожнині різко зростає.

У розглянутій схемі робоча суміш у потрібний момент поблизу в.м.т. запалюється від стороннього джерела за допомогою електричної іскри високої напруги (порядку 15 кВ). Для подачі іскри в циліндр служить свіча запалювання, яка ввертається в головку циліндра.

Для двигунів із запалюванням палива від тепла, що виділяється від попередньо стисненого повітря, запальна свіча не потрібна. Такі двигуни забезпечуються спеціальною форсункою, через яку в потрібний момент у циліндр впорскується паливо під тиском в 100 ÷ 300 кГ/см² і більше.

3. У процесі розширення розпечені гази, прагнучи розширитися, переміщають поршень від в.м.т. до н.м.т. Відбувається робочий хід поршня, який через шатун передає тиск на шатунну шийку колінчастого вала й провертає його.

4. У процесі випуску поршень переміщається від н.м.т. до в.м.т. і через другий клапан, що відкривається до цього часу, виштовхує відпрацьовані гази із циліндра. Продукти згоряння залишаються тільки в об'ємі камери згоряння, звідки їх не можна витиснути поршнем.

Безперервність роботи двигуна забезпечується наступним повторенням робочих циклів.

Рис. 1. Графік зміни товщини мастильного шару між верхнім компресійним кільцем

та гільзою циліндра при роботі ДВЗ

Послідовність розрахунків.В якості піддослідного агрегату беремо двигун внутрішнього згоряння. Ділянка, яка досліджується, - зазор між верхнім компресійним кільцем та гільзою циліндра. В цьому місці відбувається найбільш активне зношування внаслідок високих температур, тисків, домінування сухого або граничного режиму мащення. Тому необхідно дослідити і вивчити кінетику зміни основних триботехнічних властивостей контакту.

Розрахунки ведуть у два етапи. Перший – це розрахунок товщини мастильного шару між першим компресійним кільцем та гільзою циліндра при робочому процесі двигуна внутрішнього згоряння, а другий – визначення впливу параметрів робочого процесу ДВЗ на інтенсивність зношування гільзи циліндра.

На підставі теорії подібності можна встановити три безрозмірні параметра, залежно від яких визначається відносна товщина мастильного шару:

де – параметр товщини мастильного шару: , (h – товщина мастильного шару в контакті [м], R – еквівалентний радіус кривизни контактних поверхонь [м];

– параметр навантаження: , (W – навантаження на контакт [Н/м], E – еквівалентний модуль пружності матеріалів контактних поверхонь [Па];

– параметр швидкості: , (η₀ – динамічна в’язкість мастильного матеріалу [Па·с], V – швидкість контактних поверхонь [м/с];

– параметр матеріалу: , (α – п’єзокоефіцієнт в’язкості [Па^-1]).