Двигатели_вн_сгор..ppt
- Количество слайдов: 121
ТЕПЛОТЕХНИКА Тема: «Принципиальное устройство и работа двигателей внутреннего сгорания»
Тема: «Принципиальное устройство и работа двигателей внутреннего сгорания» . Цель: 1. Ознакомление с классификацией современных ДВС. 2. Усвоить принципиальное устройство и работу ДВС. 3. Ознакомить с термодинамическими процессами, происходящими в ДВС. Общие сведения Двигатели внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившейся теплоты в механическую работу.
§ 1. Классификация ДВС по способу подвода тепла с+q 1 при v=const (с внешним смесеобразованием, карбюраторные) с+q 1 при p=const (с внутренним смесеобразованием, дизельные) с+q 1 при v=const, p=const (с внутренним смесеобразованием и смешанным подводом тепла) по тактности двухтактные четырехтактные
Карбюраторные воздух топливо смесеобразование впуск Дизельные впуск воздуха сжатие топливо сжатие Смесеобразование, воспламенение и сгорание Воспламенение и сгорание расширение выпуск
§ 2. Назначение ДВС Двигатели внутреннего сгорания предназначены для преобразования тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу. § 3. Устройство ДВС ВМТ - верхняя мёртвая точка; НМТ - нижняя мёртвая точка; Uсж - объём сжатия; Uп - полный объём; Uр - рабочий объём; hр - рабочий ход поршня; 1 - корпус; 2 - цилиндр; 3 - клапан впуска; 4 - клапан выпуска; 5 - свеча зажигания; 6 - поршень; 7 - шатун; 8 - кривошип; 9 - вал; 10 - маховик.
§ 4. Принцип работы При сжигании рабочей смеси в цилиндре сила давления газов толкает поршень вниз и через кривошипно-шатунный механизм вращает вал и раскручивает маховик. В исходное положение поршень возвращается по инерции (за счет энергии маховика). На этом цикл заканчивается и все начинается вновь. Цикл включает 4 такта. Механический цикл совпадает с термодинамическим. Такт двигателя - это перемещение поршня из одной мертвой точки в другую и соответствующие термодинамические процессы, происходящие в цилиндре. Изобразим термодинамический цикл. Получили индикаторную диаграмму, образованную реальными термодинамическими процессами одного цикла работы ДВС.
Четырехтактный ДВС 1 2 1). Всасывание рабочей смеси происходит на отрезке 0 -1 Клапан 1 открыт, а клапан 2 закрыт.
1 2 2). Сжатие рабочей смеси происходит на отрезке 1 -2 Клапаны 1 и 2 закрыты.
3). Сгорание и расширение (рабочий ход). 1 2 Сгорание смеси и расширение (работа) происходит на отрезке 2 -3 -4 Клапаны 1 и 2 закрыты.
4). Выпуск рабочего тела. Выпуск отработанных газов происходит на интервале 4 -0 Клапан 1 закрыт, а клапан 2 открыт
В ДИНАМИКЕ
§ 5. Индикаторная диаграмма в координатах РV li-полезная работа цикла, lр, lсж-работа расширения и сжатия Точка « 0» изображает исходное состояние рабочего тела (воздух или смесь воздуха с топливом). Отрезок 0, 1 -кривая всасывания p<pатм, поршень движется от НМТ к ВМТ. Отрезок 1, 2 -кривая сжатия рабочего тела (близка к адиабате). Рабочий ход поршня (поршень движется от ВМТ к НМТ) изображен в виде двух отрезков: отрезок 2, 3 -кривая подвода тепла (процесс близок к изохорному), отрезок 3, 4 - кривая расширения газов (близкая к адиабате).
Отрезок 4, 0 - кривая выпуска отработанных газов р>pатм, поршень движется от НМТ к ВМТ. На этом цикл заканчивается и все начинается вновь. За полный цикл поршень делает 4 хода, а вал совершает 2 оборота. Из 4 -х тактов только один такт (3 -й) рабочий, остальные-холостые. При холостых тактах вал вращается по инерции.
§ 6. Принципиальное устройство двухтактного ДВС 5 4 1 2 3 6 7 8 Устройство: 1. Впускной трубопровод; 2. Компрессор для сжатия рабочего тела; 3. Поршень; 4. Впускной клапан; 5. Форсунка (свеча зажигания); 6. Выпускной трубопровод; 7. Ресивер для сжатого воздуха; 8. Впускные окна.
§ 6. Принцип работы клапаны Первый такт: 1. Поршень движется из ВМТ к НМТ; 2. Сгорание рабочей смеси 1 -2; 3. Расширение горячих газов 2 -3; 4. …
клапаны Первый такт: 1. Поршень движется из ВМТ к НМТ; 2. … 3. … 4. Выхлоп через открытые выхлопные клапаны 4, процесс 3 -4 -5.
Второй такт: 1. Поршень движется из НМТ к ВМТ; 2. Продувка и введение новой порции рабочего тела в цилиндр 5 -6; 3…. 4….
Второй такт: 1. Поршень движется из НМТ к ВМТ; 2…. 3. Сжатие рабочего тела 6 -1; 4. На этом цикл работы заканчивается.
§ 8. Индикаторная диаграмма двухтактного ДВС Отличие двухтактного ДВС от четырехтактного вместо клапанов впуска и выпуска имеются окна. -полезная (индикаторная) работа цикла. реального
Весь цикл совершается за два хода поршня, из которых один рабочий, следовательно мощность такого двигателя больше примерно на 60% (при тех же габаритах), чем у четырехтактного Любой из двух способов подвода тепла (при p=const или при v=const) может быть осуществлен как в двухтактном, так и четырехтактном двигателе. Анализ мощности и экономичности приводится с помощью идеальных циклов ДВС.
§ 9. Идеальные циклы ДВС Идеальные циклы – циклы, изображенные идеальными термодинамическими процессами с некоторыми допущениями с целью облегчения теоретического осмысления. Допущения: химический состав рабочего тела считается постоянным, процессы сжатия 1, 2 и расширения 3, 4 считаются адиабатными, а процесс подвода тепла считается изобарным для дизеля и изохорным для карбюраторного двигателя.
§ 10. Идеальный цикл с подводом тепла (цикл Отто 1878 г. ). В процессе подвода тепла сжигается карбюрированная смесь. l - полезная работа идеального цикла. Цикл изображается двумя адиабатами и двумя изохорами: 1, 2 – адиабата сжатия смеси; 2, 3 – изохора подвода тепла (начало рабочего хода); 3, 4 – адиабата расширения газов; 4, 1 – изохора отвода тепла – это условная линия чтобы замкнуть цикл. Фактически отработавший газ выбрасывается и заменяется новой порцией рабочей смеси.
Запишем формулу для термического КПД: Если написать уравнение, связывающее параметры р, V, Т для процессов, образующих цикл, то можно получить: , где увеличении степени сжатая произойдёт увеличение КПД. Но с ростом степени сжатия возникает явление детонации (при >9). Детонационное горение происходит при повышении температуры рабочей >9 смеси до значения, большего температуры самовоспламенения. Для борьбы с детонацией степень сжатия (для карбюраторных двигателей) ограничивают до <9. Детонационные свойства топлива понижают введением в него <9 антидетонатора (тетроэтилсвинец Pb(C 2 H 5)4). Поэтому отработанные газы от карбюраторного двигателя очень токсичны. Для каждой марки бензина его антидетонационные свойства характеризуются октановым числом. Пример. АИ-76 - буква “И” говорит о том, что бензин этилирован, “ 76” - октановое число. При необходимости дальнейшего увеличения степени сжатия ( >9) переходят >9 на дизельное топливо.
§ 11. Идеальный цикл с подводом тепла при постоянном давлении (цикл дизеля 1898 г. ). Особенности цикла: сжимается воздух ( =20; t=800°С); дизельное =20 t=800°С топливо впрыскивается через форсунку и самовоспламеняется, т. к. температура самовоспламенения топлива меньше температуры сжатого воздуха (tвоспл. =670°С). При таких высоких температурах представляется =670°С возможным сжимать низкосортные, состоящие из тяжёлых фракций топлива. Изобразим идеальный цикл Дизеля. Идеальный цикл изображён двумя адиабатами 1, 2 и 3, 4, изохорой 4, 1 и изобарой 2, 3 (подвода тепла). 1, 2 - адиабата сжатия воздуха (такт сжатие). 2, 3 - изобара подвода тепла при сжигании топлива (такт рабочий ход). 3, 4 - адиабата расширения газа после сгорания топлива (рабочий ход). 4, 3 - изохора отвода тепла - условная линия для замыкания цикла.
Запишем формулу КПД для данного цикла: К=1, 4 - показатель адиабаты. - степень предварительного расширения газа. Из формул видно, что при повышении растёт и T, а при увеличении происходит падение T, т. к. в числителе k. Физически это объясняется так: при увеличении нужна добавка количества тепла q’. Для анализа q’ изобразим цикл в координатах ТS.
Из диаграммы видно, что q уменьшается с увеличением , т. е. эффективность превращения тепла в работу уменьшается. Для решения этой проблемы необходимо ускорить процесс сжигания топлива. Это достигается в дизелях со смешанным подводом тепла, где сгорание осуществляется вначале при постоянном объёме, а затем при постоянном давлении. Подвод тепла (цикл Тринклера). Для этого нужно топливо подавать к форсунке под большим давлением.
Оборудование для выполнения лабораторной работы: • Компьютер Pentium II, 32 Мb, MS Windows 95 или 98; • Программа Microsoft Power. Point ’ 97 или 2000. Порядок выполнения работы: • включите компьютер; • запустите программу Power. Point; • откройте файл «ДВС. РРТ» ; • работать с программой до усвоения материала.
Контрольные вопросы: 1. Что называется ДВС? 2. Классификация ДВС. 3. Принципиальное устройство четырехтактного ДВС. 4. Что называется тактом и циклом? 5. Принцип работы четырехтактного ДВС. 6. Индикаторная диаграмма четырехтактного ДВС. 7. Принципиальное устройство двухтактного ДВС. 8. Принцип работы двухтактного ДВС. 9. Индикаторная диаграмма двухтактного ДВС.
Двигатели_вн_сгор..ppt