Содержание
- 2. Упругостную энергию запасают в виде сжатого газа и используют, например, при пуске двигателя. Высвобождается эта энергия
- 3. 1. Систематизация и классификация тепловых двигателей На автомобильном транспорте преимущественное распространение получили тепловые двигатели. В настоящее
- 4. Чертеж двигателя всегда привязан к индивидуальной конструкторской реализации и общие принципы устройства в нем разглядеть затруднительно.
- 5. На входе — топливо Gr и окислитель G0K (обычно это кислород, содержащийся в воздухе GB), на
- 6. Функциональная модель на макроуровне иллюстрирует процесс преобразования энергии в тепловом двигателе (рис. 1, б). Выделим здесь
- 7. Совокупность ПП, РТ и КП назовем функциональным модулем с именем «Тепловой преобразователь энергии» (ФМ «ТПРЭ»). Данный
- 8. Рис. 3. Конструктивная реализация КП двигателя внутреннего сгорания: а – в виде КШМ; б – в
- 9. Для того чтобы функциональный модуль «Тепловой преобразователь энергии» (т.е. собственно двигатель) выполнял свое назначение по генерированию
- 10. Рис. 4. Функциональная схема силовой установки на расширенном макроуровне (бензиновый карбюраторный двигатель)
- 11. Приведенная на рисунке схема показывает, что силовая установка представляет систему функциональных элементов, взаимодействующих между собой. Синхронизация
- 12. Соответствие функциональных элементов двигателя их конструктивным реализациям Таблица 1
- 13. Продолжение таблицы 1
- 14. Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на группы по различным признакам. По назначению: стационарные двигатели, применяемые
- 15. По способу воспламенения рабочей смеси: с принудительным зажиганием электрической искрой (бензиновые карбюраторные двигатели, бензиновые двигатели с
- 16. По конструктивным признакам: одно- и многоцилиндровые; с вертикальным, горизонтальным, V- и звездообразным расположением блоков цилиндров; одно-
- 17. Физическое состояние рабочего тела характеризуется величинами, которые называют термодинамическими параметрами состояния. В качестве основных термодинамических параметров
- 18. где Р — сила, Н; а — площадь поверхности, м2. За единицу давления в Международной системе
- 19. Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Если абсолютное давление больше атмосферного, то
- 20. Соотношение между температурой в кельвинах и в градусах Цельсия следующее: Абсолютная температура, измеряемая в Кельвинах, является
- 22. Скачать презентацию
Упругостную энергию запасают в виде сжатого газа и используют, например, при
Упругостную энергию запасают в виде сжатого газа и используют, например, при
Химическая энергия запасается в виде жидкого, газообразного или твердого топлива и высвобождается при горении. Поскольку при горении выделяется теплота, двигатели, преобразующие эту тепловую энергию в механическую, называются тепловыми (наиболее распространены на наземном транспорте и в авиации).
Электрическая энергия, т.е. энергия упорядоченного движения заряженных частиц, преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателя. Запасать ее можно, например, в электроаккумуляторах. Примером использования электрической энергии на транспорте является троллейбус.
Электромагнитная энергия, т.е. энергия солнечного света, сначала преобразуется в электрическую с помощью солнечной батареи и затем через электродвигатель — в механическую.
1. Систематизация и классификация тепловых двигателей
На автомобильном транспорте преимущественное распространение получили
1. Систематизация и классификация тепловых двигателей
На автомобильном транспорте преимущественное распространение получили
Можно ли обобщить устройство тепловых двигателей, чтобы понять, почему существует такое их конструктивное разнообразие и как прогнозировать вариативные конструкторские решения? Для этого надо системно объединить известные конструктивные решения. Конструктивная структура двигателя, графическим изображением которой является чертеж, представляет каждую деталь двигателя как самостоятельное конструктивное целое
Чертеж двигателя всегда привязан к индивидуальной конструкторской реализации и общие принципы
Чертеж двигателя всегда привязан к индивидуальной конструкторской реализации и общие принципы
Функциональная схема (модель) теплового двигателя — это графическое изображение его структуры, каждая часть которой выполняет определенную функцию (т.е. имеет свое назначение), с указанием пути передачи воздействий между ними. В функциональной структуре элемент отождествляется с действием, которое он должен совершать, т.е. показывает, что надо делать, но не показывает, как надо делать. Если в разных конструкциях есть одинаковые действия элементов, значит, они для этих конструкций общие, и совокупность их позволит систематизировать схему технического объекта.
Систематизация тепловых двигателей — это выявление функциональных элементов, обеспечивающих реализацию принципов работы двигателей различных конструкций, установление связей между ними и объединение их в обобщенную функциональную структуру двигателя.
Функциональная модель теплового двигателя на метауровне (наиболее обобщенное представление) показана на рис. 1, а.
На входе — топливо Gr и окислитель G0K (обычно это кислород,
На входе — топливо Gr и окислитель G0K (обычно это кислород,
Рис. 1. Функциональная модель теплового двигателя:
а — на метауровне; б — на макроуровне
Функциональная модель на макроуровне иллюстрирует процесс преобразования энергии в тепловом двигателе
Функциональная модель на макроуровне иллюстрирует процесс преобразования энергии в тепловом двигателе
Произведем структурирование функциональной схемы и покажем возможные решения конструктивных схем теплового двигателя. На рис. 2, а (КС + РТ) и КП выделены в самостоятельные функциональные единицы. Внутри (КС + РТ) сгорает топливо, в результате теплота выделяется и воздействует на РТ, изменяя его термодинамические параметры. Взаимодействие этих функциональных единиц осуществляется с помощью меняющихся параметров РТ. Такой двигатель назвали двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Другая структуризация показана на рис. 2, б— КС выделяется во внешний элемент, РТ и КП объединяются в другом конструктивном узле. Это схема двигателя внешнего сгорания, предложенная Р. Стирлингом (1816). По схеме двигателя внешнего сгорания работают паровые машины.
Совокупность ПП, РТ и КП назовем функциональным модулем с именем «Тепловой
Совокупность ПП, РТ и КП назовем функциональным модулем с именем «Тепловой
а
б
Внешняя камера Рабочий цилиндр
сгорания
Рис. 2. Структурирование функциональной модели теплового двигателя
а – двигатель внутреннего сгорания; б – двигатель внешнего сгорания.
Рис. 3. Конструктивная реализация КП двигателя внутреннего сгорания: а – в
Рис. 3. Конструктивная реализация КП двигателя внутреннего сгорания: а – в
Для того чтобы функциональный модуль «Тепловой преобразователь энергии» (т.е. собственно двигатель)
Для того чтобы функциональный модуль «Тепловой преобразователь энергии» (т.е. собственно двигатель)
ГФЭ обеспечивают принципиальное выполнение технической функции двигателя, т.е. непосредственное выполнение физических операций, с помощью которых реализуется потребность в механической энергии. ВФЭ не влияют на принципы выполнения технической функции двигателя, но обеспечивают более эффективное его функционирование.
Рис. 4. Функциональная схема силовой установки на расширенном макроуровне (бензиновый карбюраторный
Рис. 4. Функциональная схема силовой установки на расширенном макроуровне (бензиновый карбюраторный
Приведенная на рисунке схема показывает, что силовая установка представляет систему функциональных
Приведенная на рисунке схема показывает, что силовая установка представляет систему функциональных
Функциональные элементы двигателя могут быть реализованы в виде различных конструктивных деталей (табл. 1).
Соответствие функциональных элементов двигателя их конструктивным реализациям
Таблица 1
Соответствие функциональных элементов двигателя их конструктивным реализациям
Таблица 1
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1
Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на группы по различным признакам.
По
Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на группы по различным признакам.
По
стационарные двигатели, применяемые на электростанциях, буровых установках, нефте- и газоперекачивающих станциях и т.п.;
транспортные, используемые на автомобилях, тракторах и других мобильных машинах.
По виду применяемого топлива:
двигатели, работающие на жидком топливе (бензин, дизельное топливо);
двигатели, работающие на газообразном топливе (естественном, генераторном газе и др.).
По способу осуществления рабочего цикла:
двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл в одном цилиндре осуществляется за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала;
четырехтактные, в которых рабочий цикл в одном цилиндре совершается за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала.
По способу воспламенения рабочей смеси:
с принудительным зажиганием электрической искрой (бензиновые карбюраторные
По способу воспламенения рабочей смеси:
с принудительным зажиганием электрической искрой (бензиновые карбюраторные
с самовоспламенением топлива от сжатия свежего заряда (дизельные двигатели);
с форкамерно-факельным зажиганием, когда смесь в специальной дополнительной камере сгорания воспламеняется искрой, а в основной камере — от факела пламени из дополнительной камеры (бензиновые карбюраторные двигатели).
По способу смесеобразования:
с внешним смесеобразованием (газовые двигатели, бензиновые карбюраторные и бензиновые с впрыском топлива во впускной трубопровод);
с внутренним смесеобразованием (дизели и двигатели с впрыском бензина в цилиндры).
По способу наполнения цилиндров свежим зарядом:
двигатели с естественным всасыванием заряда за счет разрежения в цилиндре при такте наполнения;
двигатели с наддувом, когда свежий заряд поступает в цилиндры под давлением, превышающим давление окружающей среды.
По конструктивным признакам:
одно- и многоцилиндровые;
с вертикальным, горизонтальным, V- и звездообразным расположением
По конструктивным признакам:
одно- и многоцилиндровые;
с вертикальным, горизонтальным, V- и звездообразным расположением
одно- и двухвальные.
По способу охлаждения цилиндров:
с жидкостным охлаждением;
с воздушным охлаждением.
2. Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
Технической термодинамикой называется наука, изучающая свойства тепловой энергии и законы взаимного превращения тепловой и механической энергии. Она является основой теории двигателей внутреннего сгорания.
Процессы взаимного преобразования теплоты и работы в различных тепловых машинах осуществляются с помощью вещества, называемого рабочим телом. Например, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и в газотурбинных установках рабочим телом является газ (воздух).
Физическое состояние рабочего тела характеризуется величинами, которые называют термодинамическими параметрами состояния.
Физическое состояние рабочего тела характеризуется величинами, которые называют термодинамическими параметрами состояния.
Удельный объем (м3/кг) представляет собой объем единицы массы вещества:
где V — объем вещества, м3;
т — масса вещества, кг.
Плотность (кг/м3) есть масса единицы объема, обратная удельному объему:
Давление газа обусловливается совокупностью ударов беспорядочно движущихся молекул о стенки сосуда, в котором заключен газ, и представляет собой силу, действующую на единицу площади поверхности стенки:
где Р — сила, Н;
а — площадь поверхности, м2.
За единицу
где Р — сила, Н;
а — площадь поверхности, м2.
За единицу
В технике в настоящее время продолжают применять также систему единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимается 1кгс/м2. Используют также внесистемные единицы — техническую атмосферу и бар:
1 атм = 1 кгс/см2; 1 бар = 105 Па = 1,02 атм;
1 кгс/м2 = 9,81 Па.
Различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. На практике за начало отсчета обычно принимают атмосферное (барометрическое) давление.
Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Если
Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Если
Если абсолютное давление меньше атмосферного, то разность между ними называется разрежением, или вакуумом:
Вышеприведенные формулы показывают, что при неизменном состоянии газа в сосуде постоянным остается лишь значение ρабс , а pизб и pвак изменяются при изменении pатм. Поэтому параметром состояния газа служит только абсолютное давление, которое и входит во все термодинамические зависимости.
Температура представляет собой степень нагретости рабочего тела. Ее измеряют по международной стоградусной шкале Цельсия с обозначением t (°С), или абсолютной шкале Кельвина с обозначением T (К).
Соотношение между температурой в кельвинах и в градусах Цельсия следующее:
Абсолютная температура,
Соотношение между температурой в кельвинах и в градусах Цельсия следующее:
Абсолютная температура,
При изучении свойств рабочего тела в технической термодинамике вводят понятие идеального газа. При построении модели идеального газа придерживаются следующих положений:
пренебрегают силами межмолекулярного взаимодействия;
рассматривают молекулы газа как абсолютно упругие частицы, объем которых бесконечно мал по сравнению с объемом газа.
В технике в качестве рабочих тел применяют реальные газы и их смеси — О2, Н2, N2, CO2, NО3, перегретый водяной пар, атмосферный воздух и др. Реальный газ отличается от идеального тем, что у него молекулы имеют конечный объем и между ними действуют силы сцепления.
Т= t +273,16