Двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теоретические циклы ДВС. Сравнение циклов ДВС

Июль 22, 2022

Главная
Физика
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теоретические циклы ДВС. Сравнение циклов ДВС

Содержание

2. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) ДВС так названы потому, что жидкое или газообразное топливо в смеси с
3. Дизельные ДВС Теоретическим циклом карбюраторного ДВС является цикл Отто (с изохорным подводом теплоты). Дизели, работающие на
4. Четырех- и двухтактные ДВС Теоретическими циклами дизельных ДВС являются цикл Дизеля (с изобарным подводом теплоты) и
5. Рабочий процесс 4-тактного ДВС Положитель- ная работа цикла Отрицатель- ная (насос- ная) работа a e b
6. Обозначения Верхнее положение поршня – верхняя мертвая точка (ВМТ); самое нижнее положение – нижняя мертвая точка
7. Определения Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала двигателя. Расстояние от
8. Индикаторная диаграмма 4-тактного ДВС Литражом называют сумму рабочих объемов z цилиндров двигателя, выраженную в литрах или
9. I и II такты I такт – всасывание (ab): поршень движется от ВМТ к НМТ; всасывающий
10. Процесс в камере сгорания В ВМТ в карбюраторном ДВС сжатая горючая смесь поджигается от запальной свечи
11. III такт – рабочий ход В точке «с» газы обладают тепловой энергией. Они давят на поршень,
12. Средне-индикаторное давление В НМТ открывается выпускной клапан 5 и при движении поршня к ВМТ происходит выпуск
13. Мощности ДВС Зная средне-индикаторное давление pi в Па, можно определить индикаторную Ni (внутреннюю) и эффективную Ne
14. Мощности и КПД ДВС Эффективная мощность – это мощность на выходном валу двигателя, которая в генераторе
15. Тепловой баланс ДВС Тепловой баланс ДВС в абсолютных единицах, кДж/кг: Qнр=Qe+Qв+Qг+Qост, где Qнр – низшая рабочая
16. Цилиндр ДВС в разрезе Кулачковый вал Кулачок Впуск горючей смеси Впускной клапан Камера сгорания Блок цилиндров
17. Порядок работы цилиндров Кулачковый вал Коленчатый вал Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. ©
18. 2-тактный ДВС с поперечной контурной продувкой 1. Цилиндр; 2. Поршень; 3. Продувочные окна; 4. Продувочный коллектор;
19. Процессы 2-тактного ДВС В конце процесса расширения в точке а поршень открывает выпускные окна 6 и
20. Преимущества и недостатки 2-тактных ДВС Так как в 2-тактных ДВС цикл совершается за 1 оборот коленчатого
21. Преимущества 4-тактных ДВС Итак, при больших оборотах 4-тактные ДВС получаются даже компактнее; кроме того, в 2-тактных
22. Цикл Тринклера Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера) состоит из процессов: 1-2 – адиабатное
23. Допущения 5-1 – изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику. Допущения для теоретических циклов
24. Характеристики теоретических циклов ДВС Основные характеристики циклов по процессам: ● 1-2 – адиабатное сжатие: степень сжатия
25. Термический КПД цикла Тринклера Основной характеристикой любого цикла теплового двигателя является его термический КПД: . Сократим
26. Соотношения между параметрами Соотношения между параметрами в термодинамических процессах: ● адиабатном 1-2 T1/T2=(v2/v1)k-1=1/εk-1; (2) ● изохорном
27. Окончательное выражение термического КПД цикла Тринклера Поделим почленно последние два выражения, тогда с учетом (5) и
28. Цикл Отто В цикле ДВС с изохорным подводом теплоты (цикле Отто) отсутствует процесс 3-4 – изобарного
29. Цикл Дизеля В цикле ДВС с изобарным подводом теплоты (цикле Дизеля) отсутствует процесс 2-3 – изохорного
31. Скачать презентацию

Слайд 2

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

ДВС так названы потому, что жидкое

или газообразное
топливо в смеси с воздухом сгорает внутри цилиндров.
ДВС делятся на карбюраторные, работающие на легких
топливах (бензин, керосин) и дизельные.
В карбюраторном ДВС горючая смесь (топлива с воздухом)
готовится вне цилиндра (в карбюраторе) и после сжатия ее
в цилиндре смесь воспламеняется электрической искрой от
запальной свечи.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 3

Дизельные ДВС

Теоретическим циклом карбюраторного ДВС является цикл
Отто (с

изохорным подводом теплоты).
Дизели, работающие на тяжелых топливах (соляровое
масло), называются двигателями с самовоспламенением от
сжатия.
В сжатый в цилиндре горячий воздух впрыскивается через
форсунку мелко распыленное топливо, капли которого при
контакте с раскаленным воздухом самовоспламеняются.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 4

Четырех- и двухтактные ДВС

Теоретическими циклами дизельных ДВС являются цикл

Дизеля (с изобарным подводом теплоты) и цикл Тринклера
(со смешанным подводом теплоты).
Все эти ДВС могут быть четырех- и двухтактными.
Четырехтактными называются двигатели, в которых рабочий
процесс совершается за четыре хода поршня (такта) и два
оборота коленчатого вала.
Двухтактными называются двигатели, в которых рабочий
процесс совершается за два хода поршня и один оборот
коленчатого вала.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 5

Рабочий процесс 4-тактного ДВС

Положитель-
ная работа
цикла
Отрицатель-
ная (насос-
ная) работа
a
e
b
c
d
f
p
V
0
1
2
4
5
3
ВМТ
S
НМТ
6

pокр

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 6

Обозначения

Верхнее положение поршня – верхняя мертвая точка (ВМТ);
самое нижнее

положение – нижняя мертвая точка (НМТ).
В мертвых точках скорость поршня равна нулю, так как в них
направление движения поршня изменяется на обратное.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3, 5 – впускной и выпускной
клапаны; 4 – электрическая, запальная свеча в карбюраторном
двигателе или топливная форсунка – в дизельном; 6 – шатун;
7 – кривошип радиусом R; 8 – картер; 9 – вал двигателя.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 7

Определения

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования
возвратно-поступательного движения поршня во

вращательное
движение вала двигателя.
Расстояние от ВМТ до НМТ называют ходом поршня S.
Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа S=2R.
Объем, описываемый поршнем в цилиндре ДВС при его
движении между ВМТ и НМТ, называют рабочим объемом
цилиндра диаметром D: .

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 8

Индикаторная диаграмма 4-тактного ДВС

Литражом называют сумму рабочих объемов

z цилиндров
двигателя, выраженную в литрах или см3: Vл=zVh.
На правой части предыдущего слайда изображена
индикаторная диаграмма 4-тактного ДВС (реальный цикл).
Верхняя, заштрихованная площадь диаграммы представляет
собой положительную работу цикла, полученную в следствии
преобразования тепловой энергии продуктов сгорания в
механическую энергию движения поршня.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 9

I и II такты

I такт – всасывание (ab): поршень

движется от ВМТ к НМТ;
всасывающий клапан 3 открыт;
в карбюраторном ДВС в цилиндр всасывается горючая
смесь, приготовленная в карбюраторе; в дизеле – чистый
воздух.
II такт – сжатие (bc): поршень движется от НМТ к ВМТ;
клапаны 3 и 5 закрыты;
в карбюраторном ДВС в цилиндре сжимается горючая смесь,
в дизеле – воздух.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 10

Процесс в камере сгорания

В ВМТ в карбюраторном ДВС сжатая

горючая смесь
поджигается от запальной свечи 4,
в дизеле в сжатый воздух впрыскивается через форсунку
топливо, которое при контакте с раскаленным воздухом
самовоспламеняется.
При горении топлива в камере сгорания Vс давление и
температура газов возрастает (процесс cd).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 11

III такт – рабочий ход
В точке «с» газы обладают тепловой

энергией.
Они давят на поршень, заставляя его перемещаться от
ВМТ к НМТ
(cd) – рабочий ход (III такт).
При этом тепловая энергия газов преобразуется в
механическую энергию движения поршня.
Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется
во вращательное движение коленчатого вала (с помощью
кривошипно-шатунного механизма).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 12

Средне-индикаторное давление

В НМТ открывается выпускной клапан 5 и при

движении
поршня к ВМТ происходит выпуск (efa) газов в окружающую
среду (IV такт).
Из индикаторной диаграммы можно найти
средне-индикаторное давление pi,
как некое условное постоянное давление, которое
действовало бы на поршень в течение рабочего хода,
совершая работу, равную полезной работе цикла.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 13

Мощности ДВС
Зная средне-индикаторное давление pi в Па, можно
определить индикаторную

Ni (внутреннюю) и
эффективную Ne (на выходном валу) мощности двигателя, Вт:
, Ne=Niηм.
Здесь Vh – рабочий объем цилиндра, м3;
z – число цилиндров;
n – число оборотов в минуту двигателя;
– коэффициент тактности ДВС ( =4 для
четырехтактного ДВС и =2 – для двухтактного);
ηм – механический КПД двигателя.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 14

Мощности и КПД ДВС

Эффективная мощность – это мощность на

выходном валу
двигателя, которая в генераторе может быть преобразована в
электрическую.
Механический КПД учитывает потери на трение и привод
вспомогательных механизмов:
ηм=Ne/Ni.
Эффективный КПД – это отношение эффективной мощности
к теплоте, выделенной при сгорании топлива:
ηe=Ne/(BQнр).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 15

Тепловой баланс ДВС
Тепловой баланс ДВС в абсолютных единицах, кДж/кг:
Qнр=Qe+Qв+Qг+Qост,
где Qнр

– низшая рабочая теплота сгорания топлива;
Qe – полезно-использованная теплота
(преобразованная в эффективную мощность);
Qв – потери с охлаждающей водой;
Qг – потери с уходящими газами;
Qост – остальные потери.
Тепловой баланс ДВС в относительных единицах:
qe+qв+qг+qост=1.
Здесь полезно-использованная теплота: (qe=ηе).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 16

Цилиндр ДВС в разрезе

Кулачковый вал
Кулачок
Впуск горючей смеси
Впускной клапан
Камера сгорания
Блок цилиндров
Шатун
Кривошип
Свеча
Пружина

клапана

Выпускной клапан

Головка блока
цилиндров

Охлаждающая вода

Поршень

Картер

Свеча

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 17

Порядок работы цилиндров

Кулачковый
вал
Коленчатый вал
Теплоносители и их свойства © Шаров Ю.

И. © НГТУ, 2014

Слайд 18

2-тактный ДВС с поперечной контурной продувкой
1. Цилиндр; 2. Поршень;
3.

Продувочные окна;
4. Продувочный коллектор;
5. Свеча (карб. ДВС) или форсунка
(дизель); 6. Выпускные окна;
7. Выпускной коллектор;
В 2-тактных ДВС цикл совершается
за 1 оборот коленчатого вала; впуск
и выпуск занимают только часть
тактов сжатия и рабочего хода
(потерянный ход abcde).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 19

Процессы 2-тактного ДВС
В конце процесса расширения в точке а поршень

открывает
выпускные окна 6 и начинается выпуск газов ab в атмосферу
через выпускной коллектор 7.
В точке b поршень открывает продувочные окна 3, через
которые из продувочного коллектора 4 под избыточным
давлением в цилиндр поступает свежий воздух и вытесняет
отработавшие газы.
Продувка bcd заканчивается при обратном ходе поршня, когда
он в точке d закроет продувочные окна.
В процессе de выпускные окна еще открыты, поэтому очистка
цилиндра продолжается.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 20

Преимущества и недостатки 2-тактных ДВС
Так как в 2-тактных ДВС цикл

совершается за 1 оборот
коленчатого вала, а в 4-тактных – за 2 оборота, то теоретически,
при одинаковых размерах и числах оборотов, 2-тактный
двигатель должен быть в 2 раза мощнее.
Однако в действительности из-за потери части рабочего хода,
2-тактные ДВС лишь на 50…70 % мощнее 4-тактных.
При одинаковых мощностях и оборотах 2-тактные ДВС имеют
меньшие габариты, массу и стоимость изготовления; кроме того,
они надежны и просты в обслуживании.
Но при увеличении числа оборотов ухудшается очистка цилиндра
и заполнение его свежим воздухом.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 21

Преимущества 4-тактных ДВС
Итак, при больших оборотах 4-тактные ДВС получаются даже

компактнее; кроме того, в 2-тактных карбюраторных ДВС
неизбежны при продувке уносы части топлива в атмосферу.
Поэтому мощные поршневые авиационные двигатели,
рассчитанные на большие числа оборотов, обычно 4-тактные
из-за меньших масс и расходов топлива.
Однако, маломощные мотоциклетные и подвесные лодочные
моторы строят 2-тактными, так как для них важнее является
простота конструкции и обслуживания.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 22

Цикл Тринклера

Цикл ДВС со смешанным подводом
теплоты (цикл

Тринклера) состоит
из процессов:
1-2 – адиабатное сжатие рабочего
тела;
2-3 – изохорный подвод теплоты от
горячего источника к рабочему телу;
3-4 – изобарный подвод теплоты от
горячего источника к рабочему телу;
4-5 – адиабатное расширение
рабочего тела;

q”1

pvk=сonst

q’1

q”1

q’1

2
1

4
5

Слайд 23

Допущения
5-1 – изохорный отвод теплоты от рабочего тела
к холодному источнику.

Допущения для теоретических циклов ДВС:
● цикл замкнутый;
● рабочее тело – идеальный газ;
● изменение состояния рабочего тела – обратимое;
● сжигание топлива в цилиндре заменяется изохорным,
изобарным или смешанным подводом теплоты к рабочему
телу от горячего источника,
а выпуск газов – изохорным отводом теплоты от рабочего
тела к холодному источнику.

Слайд 24

Характеристики теоретических циклов ДВС
Основные характеристики циклов по процессам:
● 1-2 –

адиабатное сжатие:
степень сжатия
ε=v1/v2;
● 2-3 – изохорный подвод теплоты:
степень повышения давления
λ=p3/p2;
● 3-4 – изобарный подвод теплоты:
степень предварительного расширения
ρ=v4/v3.

Слайд 25

Термический КПД цикла Тринклера
Основной характеристикой любого цикла теплового двигателя
является

его термический КПД:
.
Сократим числитель и знаменатель на сv; вынесем за скобки
из числителя Т1, а из знаменателя – Т2:
. (1)
В выражении (1) надо отношения температур заменить на
характеристики цикла.

Слайд 26

Соотношения между параметрами
Соотношения между параметрами в термодинамических
процессах:
● адиабатном 1-2

T1/T2=(v2/v1)k-1=1/εk-1; (2)
● изохорном 2-3 T3/T2=p3/p2=λ; (3)
● изобарном 3-4 T4/T3=v4/v3=ρ; (4)
● изохорном 5-1 T5/T1=p5/p1; (5)
● адиабатном 4-5 p5v5k=p4v4k;
● адиабатном 1-2 p1v1k=p2v2k.

Слайд 27

Окончательное выражение термического КПД цикла Тринклера
Поделим почленно последние два выражения,

тогда с учетом (5) и равенства v5=v1
в изохорном процессе 5-1 имеем:
T5/T1=p5/p1=(p4/p2)(v4/v2)k=(p3/p2)(v4/v3)k=λρk. (6)
Подставляем (2-6) в (1) и получаем термический КПД:

Слайд 28

Цикл Отто
В цикле ДВС с изохорным подводом
теплоты (цикле Отто)

отсутствует
процесс 3-4 – изобарного подвода
теплоты от горячего источника к
рабочему телу, то есть ρ=1.
С учетом этого находим термический
КПД цикла Отто как частный случай.
Из выражения термического КПД
цикла Тринклера при ρ=1 для
цикла с изохорным подводом
теплоты:
.

pvk=сonst

q’1

2
1

4
5

q’1

Слайд 29

Цикл Дизеля
В цикле ДВС с изобарным подводом
теплоты (цикле Дизеля)

отсутствует
процесс 2-3 – изохорного подвода
теплоты от горячего источника к
рабочему телу, то есть λ=1.
С учетом этого находим термический
КПД цикла как частный случай.
Из выражения термического КПД
цикла Тринклера при λ=1 для
цикла с изобарным подводом
теплоты:
.

pvk=сonst

2
1

4
5

q”1

3 4

q”1

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теоретические циклы ДВС. Сравнение циклов ДВС

Содержание

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) ДВС так названы потому, что жидкое

Дизельные ДВС Теоретическим циклом карбюраторного ДВС является цикл Отто (с

Четырех- и двухтактные ДВС Теоретическими циклами дизельных ДВС являются цикл

Рабочий процесс 4-тактного ДВС Положитель-ная работациклаОтрицатель-ная (насос-ная) работаa ebcdfpV01245 3ВМТS НМТ6

Обозначения Верхнее положение поршня – верхняя мертвая точка (ВМТ);самое нижнее

Определения Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во

Индикаторная диаграмма 4-тактного ДВС Литражом называют сумму рабочих объемов

I и II такты I такт – всасывание (ab): поршень

Процесс в камере сгорания В ВМТ в карбюраторном ДВС сжатая

III такт – рабочий ход В точке «с» газы обладают тепловой

Средне-индикаторное давление В НМТ открывается выпускной клапан 5 и при

Мощности ДВС Зная средне-индикаторное давление pi в Па, можно определить индикаторную

Мощности и КПД ДВС Эффективная мощность – это мощность на

Тепловой баланс ДВСТепловой баланс ДВС в абсолютных единицах, кДж/кг: Qнр=Qe+Qв+Qг+Qост,где Qнр

Цилиндр ДВС в разрезе Кулачковый валКулачокВпуск горючей смесиВпускной клапанКамера сгоранияБлок цилиндровШатунКривошипСвечаПружина

Порядок работы цилиндров КулачковыйвалКоленчатый валТеплоносители и их свойства © Шаров Ю.

2-тактный ДВС с поперечной контурной продувкой 1. Цилиндр; 2. Поршень; 3.

Процессы 2-тактного ДВС В конце процесса расширения в точке а поршень

Преимущества и недостатки 2-тактных ДВС Так как в 2-тактных ДВС цикл

Преимущества 4-тактных ДВС Итак, при больших оборотах 4-тактные ДВС получаются даже

Цикл Тринклера Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (цикл

Допущения5-1 – изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику.

Характеристики теоретических циклов ДВС Основные характеристики циклов по процессам:● 1-2 –

Термический КПД цикла Тринклера Основной характеристикой любого цикла теплового двигателя является

Соотношения между параметрами Соотношения между параметрами в термодинамических процессах:● адиабатном 1-2

Окончательное выражение термического КПД цикла Тринклера Поделим почленно последние два выражения,

Цикл Отто В цикле ДВС с изохорным подводом теплоты (цикле Отто)

Цикл Дизеля В цикле ДВС с изобарным подводом теплоты (цикле Дизеля)

Похожие презентации

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

ДВС так названы потому, что жидкое

Дизельные ДВС

Теоретическим циклом карбюраторного ДВС является цикл
Отто (с

Четырех- и двухтактные ДВС

Теоретическими циклами дизельных ДВС являются цикл

Рабочий процесс 4-тактного ДВС

Положитель-
ная работа
цикла
Отрицатель-
ная (насос-
ная) работа
a
e
b
c
d
f
p
V
0
1
2
4
5
3
ВМТ
S
НМТ
6

Обозначения

Верхнее положение поршня – верхняя мертвая точка (ВМТ);
самое нижнее

Определения

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования
возвратно-поступательного движения поршня во

Индикаторная диаграмма 4-тактного ДВС

Литражом называют сумму рабочих объемов

I и II такты

I такт – всасывание (ab): поршень

Процесс в камере сгорания

В ВМТ в карбюраторном ДВС сжатая

III такт – рабочий ход
В точке «с» газы обладают тепловой

Средне-индикаторное давление

В НМТ открывается выпускной клапан 5 и при

Мощности ДВС
Зная средне-индикаторное давление pi в Па, можно
определить индикаторную

Мощности и КПД ДВС

Эффективная мощность – это мощность на

Тепловой баланс ДВС
Тепловой баланс ДВС в абсолютных единицах, кДж/кг:
Qнр=Qe+Qв+Qг+Qост,
где Qнр

Цилиндр ДВС в разрезе

Кулачковый вал
Кулачок
Впуск горючей смеси
Впускной клапан
Камера сгорания
Блок цилиндров
Шатун
Кривошип
Свеча
Пружина

Порядок работы цилиндров

Кулачковый
вал
Коленчатый вал
Теплоносители и их свойства © Шаров Ю.

2-тактный ДВС с поперечной контурной продувкой
1. Цилиндр; 2. Поршень;
3.

Процессы 2-тактного ДВС
В конце процесса расширения в точке а поршень

Преимущества и недостатки 2-тактных ДВС
Так как в 2-тактных ДВС цикл

Преимущества 4-тактных ДВС
Итак, при больших оборотах 4-тактные ДВС получаются даже

Цикл Тринклера

Цикл ДВС со смешанным подводом
теплоты (цикл

Допущения
5-1 – изохорный отвод теплоты от рабочего тела
к холодному источнику.

Характеристики теоретических циклов ДВС
Основные характеристики циклов по процессам:
● 1-2 –

Термический КПД цикла Тринклера
Основной характеристикой любого цикла теплового двигателя
является

Соотношения между параметрами
Соотношения между параметрами в термодинамических
процессах:
● адиабатном 1-2

Окончательное выражение термического КПД цикла Тринклера
Поделим почленно последние два выражения,

Цикл Отто
В цикле ДВС с изохорным подводом
теплоты (цикле Отто)

Цикл Дизеля
В цикле ДВС с изобарным подводом
теплоты (цикле Дизеля)