Презентация "Циклы двигателей внутреннего сгорания"

• 1 слайд

  Циклы двигателей внутреннего сгорания
  ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
  Мало знать - надо уметь применять!
  Р. Декарт
  
  филиал ДВФУ в г. Большой Камень, Приморский край, 2016г.
  Дюжая
  Ирина Анатольевна
  преподаватель первой категории
  

• 2 слайд

  План занятия
  Проверка домашнего задания.
  Объяснение нового материала.
  Решение задач.
  Закрепление изученного материала.
  Домашние задание.
  Подведение итогов занятия.
  

• 3 слайд

  Проверка домашнего задания
  Решение теста по вариантам.
  Т
  S
  1
  2
  3
  4
  

• 4 слайд

  Двигателем внутреннего сгорания
  - называют поршневой двигатель рабочим телом в котором являются продукты сгорания топлива (жидкого или газообразного), сгорающего непосредственно в объеме цилиндра.
  

• 5 слайд

  На рисунке показаны схема устройства двигателя и его индикаторная диаграмма, т.е. графическое изображение зависимости давления в цилиндре (Р) от хода поршня (hм) или от объема цилиндра (V).
  1 – поршень
  2 – впускной клапан
  3 – форсунка
  4 – выпускной клапан
  6
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  h (V)
  0
  

• 6 слайд

  Индикаторной диаграммой весьма наглядно представляется
  рабочий цикл двигателя
  т.е. некоторое вполне закономерное чередование
  различных процессов, протекающих в рабочем
  объеме его цилиндра за один или два оборота вала.
  
  При этом следует иметь в виду, что в число процессов, составляющих рабочий цикл реального двигателя, входят процессы, в течение которых количество рабочего тела меняется (впуск и выпуск), а также процессы изменения химического состава вещества (горение).
  
  Поэтому рабочий цикл двигателя не следует смешивать с термодинамическим циклом, характеризуемым постоянным количеством вещества не изменяющегося химического состава.
  

• 7 слайд

• 8 слайд

  Идеальные условия работы двигателя
  Эти условия подразумевают отсутствие гидравлических сопротивлений впускного и выпускного клапанов.
  Полное сгорание топлива при любом желаемом характере изменения давления рабочего тела в цилиндре в процессе сгорания.
  Адиабатное протекание процессов сжатия и расширения.
  
  При таких идеальных (теоретических) условиях рабочий цикл двигателя будет характеризоваться теоретической индикаторной диаграммой.
  

• 9 слайд

  6
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  h (V)
  0
  В течение хода поршня от верхней точки (точка 6) к нижней (точке 1) через открытый впускной клапан поступает воздух из атмосферы или специального ресивера.
  Во время всасывания давление в цилиндре равно давлению той среды, откуда происходит впуск рабочего тела.
  
  Последнее объясняется отсутствием гидравлических сопротивлений клапана.
  В конце впуска закрывается впускной клапан, и при ходе поршня от нижней мертвой точки к верхней сжимается свежая порция воздуха.
  
  При идеальных условиях сжатие протекает адиабатно.(процесс 1-2)
  
  
  К концу сжатия температура повышается так, что подаваемое в цилиндр через топливный клапан (форсунки) топливо сгорает.
  
  

• 10 слайд

  6
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  h (V)
  0
  Топливо вводится в цилиндр двумя порциями:
  первая подается так, чтобы она сгорела мгновенно (при этом повышается давление в цилиндре от Р2 до Р3 ( ) теоретически при постоянном его объеме (процесс 2-3)
  
  подача второй порции регулируется так, чтобы при его постепенном горении давление в цилиндре оставалось постоянным
  ,
  несмотря на движение поршня и увеличение объема от V3 до V4 ( ).
  (процесс 3-4)
  Следует оговорится, что наличие в одном цикле процессов сгорания топлива при и при необязательно:
  Известны циклы, в которых топливо сгорает только при или при .
  
  После полного сгорания всего топлива образовавшиеся продукты сгорания адиабатно расширяются. (процесс 4-5)
  

• 11 слайд

  6
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  h (V)
  0
  При подходе к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан (выпуск) и происходит выпуск по линии 5-1 и выталкивание по линии 1-6.
  
  В результате выпуска давление в цилиндре падает практически мгновенно (при ), и в течение выталкивания давление остается постоянным и равным давлению той среды, куда производится выпуск отработавших газов.
  

• 12 слайд

  Повторим последовательность работы четырехтактного ДВС
  

• 13 слайд

  Реальные условия работы ДВС
  Впускной и выпускной клапаны всегда оказывают гидравлические сопротивления проходящему через них газу.
  Процессы сжатия и расширения в реальных условиях не могут протекать адиабатно.
  Сгорание также не могут происходить точно при и при и быть полным.
  Отдельные порции топлива сгорают на линии расширения и даже в процессе выпуска (выпуска и выталкивания).
  Нужно также иметь в виду, что в течение всего рабочего цикла некоторая часть, рабочего тела утекает из рабочего объема через неплотности в поршневых кольцах. Это также влияет на характер действительного рабочего тела.
  

• 14 слайд

  Рассмотренный двигатель называют двигателем с воспламенением от сжатия или, дизелем.
  Другого типа двигатели являются двигателем с принудительным зажиганием.
  В цилиндры такого двигателя подают уже готовую смесь топлива с воздухом, приготовленную вне цилиндра в специальных устройствах – карбюраторах.
  
  
  Подобные двигатели не нуждаются в топливных клапанах, но имеют особое устройство для зажигания горючей смеси в конце сжатия – электрозажигание.
  
  
  Если рабочий цикл двигателя совершается за четыре хода поршня
  (два оборота вала), то двигатель называют четырехтактным,
  
  Если – за два хода поршня (один оборот вала),
  двигатель называют двухтактным.
  

• 15 слайд

  1
  2
  3
  1 – поршень
  2 – продувочные окна
  3 – выпускные окна
  Схема двухтактного двигателя и его теоретическая индикаторная диаграмма
  6
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  h (V)
  0
  В нижней части цилиндр имеет окна, которые открываются непосредственно поршнем при приближении его к нижней мертвой точке (НМТ).
  

• 16 слайд

• 17 слайд

  В одной половине окружности цилиндра расположены выпускные окна, в другой – продувочные.
  Первые имеют большую высоту и открываются, поэтому раньше вторых.
  К тому моменту, когда поршень открывает продувочные окна, значительная часть газов уже удалена из цилиндра через выпускные окна в выпускной коллектор и из последнего в атмосферу.
  После открытия продувочных окон воздух из продувочного ресивера под давлением вдувается в цилиндр, при этом из цилиндра удаляется большая часть оставшихся после выпуска продуктов горания (процесс 6-1).
  При движении поршня от нижней мертвой точки (НМТ) он в положении, соответствует точке 1, закрывает выпускные окна.
  Продувочные окна закрываются несколько раньше.
  От точки 1 начинается сжатие, и дальше рабочий процесс протекает так, как он протекал у четырехтактного двигателя.
  Так как рабочие циклы двигателей четырех- и двухтактных включает в себя процессы в течение которых меняется количество рабочего тела и его химический состав, то непосредственный термодинамический анализ этих процессов невозможен.
  

• 18 слайд

• 19 слайд

• 20 слайд

• 21 слайд

• 22 слайд

  Поэтому в термодинамике рабочие циклы реальных двигателей заменяют соответствующими идеальными термодинамическими циклами двигателя, предполагая, что при осуществлении цикла химический состав рабочего тела не меняется.
  
  В таком цикле процессы сгорания топлива и выпуска продуктов сгорания заменяют соответственно процессами подвода и отвода теплоты.
  
  Само собой разумеется, что идеальный термодинамический цикл не может быть осуществлен в реальном двигателе, даже если представить теоретические условия его работы.
  
  Идеальный термодинамический цикл можно осуществить в двигателе, если из крышки цилиндра удалить клапаны, между крышкой и поршнем поместить 1 кг рабочего тела, а процессы сгорания топлива и выпуска заменить соответственно процессами подвода и отвода теплоты.
  

• 23 слайд

  Термодинамический поршневой двигатель и идеальный обобщающий цикл ДВС
  1
  5
  4
  3
  2
  Р
  V
  0
  dq=0
  Смешанный цикл
  (цикл Собатэ-Тринклера)
  Идеальный термодинамический цикл должен в точности соответствовать теоретическому рабочему циклу, т.е. оба цикла должны представляться в координатах pV совпадающими фигурами, а подводимая в идеальном цикле теплота должна равняться теплоте, выделяемой при полном сгорании топлива.
  1 кг
  

• 24 слайд

  Смешанный цикл
  (цикл Собатэ-Тринклера)
  Т
  S
  1
  2
  3
  4
  5
  a
  b
  0
  

• 25 слайд

  Характеристики термодинамических циклов ДВС
  Важнейшими характеристиками всякого цикла двигателя являются следующие безмерные величины:
  Степень сжатия – отношение удельного объема рабочего тела, соответствующего началу сжатия (точка 1), к удельному объему в конце сжатия (точка 2).
  Степень дополнительного повышения давления – отношение давления в конце подвода теплоты при V = Const к давлению в конце сжатия
  

• 26 слайд

  Степень предварительного расширения – отношение удельного объема в конце процесса подвода теплоты при Р=Const к удельному объему в начале этого процесса
  Степень последующего расширения – отношение удельных объемов в конце и в начале процесса адиабатного расширения.
  Значения основных характеристик цикла оказывают решающее влияние на величину его работы и экономичность.
  Характеристики термодинамических циклов ДВС
  

• 27 слайд

  В зависимости от значений основных характеристик различают следующие циклы:
  4’
  1
  5
  4
  2(3)
  Р
  V
  0
  5’
  Цикл Дизеля.
  Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при Р-Const.
  

• 28 слайд

  Цикл Дизеля
  Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при Р-Const
  
  S
  Т
  1
  2(3)
  4
  5
  a
  b
  0
  

• 29 слайд

  В зависимости от значений основных характеристик различают следующие циклы:
  5′
  3′
  1
  5
  2
  3(4)
  Р
  V
  0
  Цикл Отто.
  Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при V-Const.
  

• 30 слайд

  Цикл Отто
  Идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при V-Const
  
  S
  Т
  1
  2
  3(4)
  5
  a
  b
  0
  

• 31 слайд

  Значения основных характеристик цикла оказывают решающее влияние на величину его работы и экономичность.
  Смешанный цикл – ни одна из основных характеристик не равна единице.
  Цикл с подводом теплоты при Р – Const – степень повышения давления равна единице (λ = 1).
  Цикл с подводом теплоты при V – Const – степень предварительного расширения равна единице (ρ = 1);
  - степень предварительного расширения равна степени сжатия (ρ = ε).
  Каждый из этих циклов служит в качестве идеального для определенной группы двигателей:
  
  смешанный – для так называемых безкомпрессорных дизелей (топливо впрыскивается и распыляется специальным насосом;
  цикл с подводом теплоты при Р-Const – для компрессорных дизелей (топливо впрыскивается и распыляется сжатым воздухом);
  цикл с подводом теплоты при V-Const – для двигателей с принудительным зажиганием (карбюраторных и газовых).
  

• 32 слайд

  Экономичность идеальных циклов
  КПД
  Для всякого идеального цикла показателем экономичности является его термический КПД
  
  
  
  КПД смешанного цикла
  
  
  
  
  КПД цикла с подводом теплоты при Р-Const, λ = 1
  
  
  
  
  КПД цикла с подводом теплоты при V-Const, ρ = 1
  

• 33 слайд

  Задача 1
  Воздух массой 1 кг совершает идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме. Начальные параметры цикла: Р1=117,7 кПа; t1=17 °С. Степень сжатия ε = 4,5. Подводимое к циклу количество теплоты составляет q1=1,34 МДж/кг. Определить параметры воздуха в характерных точках цикла и полезную работу, производимую за цикл.
  
  

• 34 слайд

  Задача 2
  Сравнить изменения термического КПД цикла Отто при переходе от ε = 6 к ε = 8 и при повышении ε от 10 до 12.
  Принять, что рабочим телом является трёхатомный газ (k = 1,3).
  

• 35 слайд

  Задача 3
  Количество теплоты, подведённой к рабочему телу в цикле Дизеля q1 = 1,4 МДж/кг. Известно также, что Та = 300 К, ср = 1 кДж/кгК, k = 1,4.
  Какую степень сжатия необходимо иметь в этом цикле для получения термического КПД, равного термическому КПД цикла Отто, осуществлённого при ε = 10?
  

• 36 слайд

  Закрепление изученного материала
  Необходимо изучить устройство и принцип работы модели ДВС.
  
  

• 37 слайд

  Ответить на следующие вопросы:
  - к какому виду относится данный ДВС?
  - сколько цилиндров имеет ДВС?
  - объяснить, что происходит в каждом такте ДВС на модели.
  - по какому циклу работает модель, и из каких процессов состоит этот цикл?
  - по какой формуле можно определить термический КПД?
  - какое устройство или машина может работать с помощью этого ДВС?
  
  Закрепление изученного материала
  

• 38 слайд

  Домашние задание
  Учебник Гл. 10
  Сборник задач Гл.8
  № 265, 272
  Список литературы:
  1. Прибытков И.А., Левицкий И.А. Теоретические основы теплотехники: Учебник для студентов учреждений СПО – М.: Изд. центр «Академия», 2004.
  2. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике – М: Машиностроение, 1973.
  
  Темы докладов:
  История развития ДВС.
  Жизнь и открытия знаменитых людей (С. Карно, Р. Дизель, Г.В. Тринклер, Н. Отто).
  Вечный двигатель.
  Тепловые машины.
  Двигатели внутреннего сгорания
  

• 39 слайд

  Благодарю за внимание!
  Занятие ставит вас в позицию творческого исследователя физической реальности в существующих технических устройствах и машинах, следовательно, в процессе обучения должен найти отражение цикл научного познания: от наблюдений – к выдвижению гипотезы, от гипотезы – к теоретическому обоснованию и практическому применению.