ТЕПЛОТЕХНИКА Тема : « « Принципиальное

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 смесеоб- разованием и смешанным подводом тепла ) двух- тактные четырех- тактныечетырех- тактныедвух- тактные. ДВС по тактности

сжатие Смесеобразование, воспламенение и сгораниевпуск. Карбюраторные Дизельные выпускрасширение. Воспламенение и сгорание расширениесмесеобразование сжатие топливовпуск воздуха воздух топливо

§ 2. Назначение ДВС Двигатели внутреннего сгорания предназначены для преобразования тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу. ВМТ — верхняя мёртвая точка; НМТ — нижняя мёртвая точка; U сж — объём сжатия; U п — полный объём; U р — рабочий объём; h р — 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. § 3. Устройство ДВС

§ 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.

1 2 Четырехтактный ДВС 1). Всасывание рабочей смеси происходит на отрезке 0 -1 Клапан 1 открыт, а клапан 2 закрыт.

2). Сжатие рабочей смеси происходит на отрезке 1 -2 Клапаны 1 и 2 закрыты.

1 23). Сгорание и расширение (рабочий ход). 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

l i — полезная работа цикла, l р , l сж -работа расширения и сжатия Точка « 0» изображает исходное состояние рабочего тела (воздух или смесь воздуха с топливом). Отрезок 0, 1 -кривая всасывания p<p атм , 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). § 5. Индикаторная диаграмма в координатах Р VV 2 q-1 qсжlрlil

Отрезок 4, 0 — кривая выпуска отработанных газов р >p атм , 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 Устройство: 1. Впускной трубопровод; 2. Компрессор для сжатия рабочего тела; 3. Поршень; 4. Впускной клапан; 5. Форсунка (свеча зажига-ния); 6. Выпускной трубопро-вод; 7. Ресивер для сжатого воздуха; 8. Впускные окна.

Первый такт: 1. Поршень движется из ВМТ к НМТ; 2. Сгорание рабочей смеси 1 -2; 3. Расширение горячих газов 2 -3; 4. …клапаны § 6. Принцип работы

Первый такт: 1. Поршень движется из ВМТ к НМТ; 2. … 3. … 4. Выхлоп через откры-тые выхлопные кла-паны 4, процесс 3 -4 -5. клапаны

Второй такт: 1. Поршень движется из НМТ к ВМТ; 2. Продувка и введе-ние 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 рабо-ты заканчивается.

§ 8. Индикаторная диаграмма двухтактного ДВС Отличие двухтактного ДВС от четырехтактного — вместо клапанов впуска и выпуска имеются окна. — полезная (индикатор-ная) работа реального цикла. il 21 qqlllсжрi 2 q-1 qсжlрlil

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>9 ). Детонационное горение происходит при повышении температуры рабочей смеси до значения, большего температуры самовоспламенения. Для борьбы с детонацией степень сжатия (для карбюраторных двигателей) ограничивают до <99>9 ) переходят на дизельное топливо. 1 21 q qq Т 1 1 1 k. Т 1 2 V V

Особенности цикла: сжимается воздух ( =20=20 ; t=800°С ); дизельное топливо впрыскивается через форсунку и самовоспламеняется, т. к. температура самовоспламенения топлива меньше температуры сжатого воздуха ( tt воспл. =670°С ). При таких высоких температурах представляется возможным сжимать низкосортные, состоящие из тяжёлых фракций топлива. Изобразим идеальный цикл Дизеля. § 11. Идеальный цикл с подводом тепла при постоянном давлении (цикл дизеля 1898 г. ). 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. 1 1 1; 1 21 к к ТТ Кq qq

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 М b , 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.