Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Содержание

Стр.

1. Цель работы…………………………………………………………………4

2. Циклы поршневых ДВС……………………………………………………4

3. Задание на выполнение курсовой работы………………………………...8

4. Требования к выполнению расчетов и выполнению

курсовой работы……………………………………………………………9

5. Методика выполнения работы (пример)…………………………………10

6. Список литературы………………………………………………………...21

Цель работы

Достижения современной промышленности, авиации, космической техники оказались возможными в результате освоения мощных источников энергии - это гидравлические, паровые и газовые турбины; двигатели внутреннего сгорания; компактные и мощные ракетные и реактивные двигатели. Стержневое значение в этом развитии энергетики имели и имеют термодинамика и тепломассообмен, являющиеся теоретической базой создания теплоэнергетических машин и установок.

Эта дисциплина является одной из основных дисциплин цикла учебных планов направления 140500 «Энергомашиностроение» специальности 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания» и относится к циклу общих математических и общенаучных дисциплин. В Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования по специальности 140501 ей посвящены следующие строки:

ЕН.Ф.03.02

Термодинамика и тепломассообмен: «…термодинамические свойства рабочих тел энергетических установок и аппаратов; циклы энергетических установок и аппаратов; внутренний КПД цикла; газовые и комбинированные циклы; …»

Целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний по теме «Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания» путем приобретения навыков практического применения основных законов идеального газа для анализа и расчетов термодинамических процессов. Выполнение курсовой работы позволит расширить и закрепить знания об идеальных и теоретических циклах поршневых двигателей внутреннего сгорания, на практическом примере усвоить методику термодинамического анализа и расчета циклов.

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Назначение всякого теплового двигателя состоит в преобразовании теплоты в работу. Необходимая для перевода в работу теплота получатся при сгорании жидких, твердых или газообразных топлив. Топливо может сжигаться вне тепловой машины – это так называемые двигатели внешнего сгорания. Двигатели, в которых процесс сгорания топлива осуществляется в рабочем пространстве машины, называются двигателями внутреннего сгорания.

Рабочий процесс поршневого двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем (рис.1). При движении в цилиндре 1 поршня 2 от верхней мертвой точки (ВМТ) вниз при открытом впускном клапане 3 (который, как и выпускной клапан 5, расположен в головке цилиндра) совершается такт всасывания топливо-воздушной смеси (или воздуха) (рис.2). В нижней мертвой точке (НМТ) впускной клапан 3 закрывается и поршень 2, перемещаясь вверх, совершает такт, называемый тактом сжатия. Вблизи ВМТ топливо-воздушная смесь воспламеняется и давление вследствие выделяющейся теплоты резко поднимается. После завершения сгорания совершается рабочий такт (или такт расширения). Вблизи нижней мертвой точки (НМТ) открывается выпускной клапан 5, давление падает, и при движении поршня от НМТ к ВМТ отработавшие газы выталкиваются из цилиндра (такт выхлопа).

Эти четыре такта и составляют действительный цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Рабочие процессы в ДВС исследуются экспериментальным путем с помощью прибора, называемого индикатором, позволяющим получить индикаторную диаграмму, отражающую изменение давления в цилиндре двигателя.

Рис. 1

Из описания рабочего процесса реального ДВС видно, что он не является замкнутым (отработавшие порции рабочего тела выбрасываются в атмосферу). В рабочем процессе имеются все признаки необратимости: в нем изменяются не только термодинамические параметры но и химический состав рабочего тела; процессы всасывания и выхлопа не являются термодинамическими; отвод тепла от рабочего тела осуществляется выбросом продуктов сгорания в атмосферу; имеют место химические реакции (горение топливо-воздушной смеси), трение, конечные скорости движения поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.д. В силу этого индикаторная диаграмма не является замкнутым круговым обратимым термодинамическим процессом и не дает возможности сравнительно просто определить изменение состояния рабочего тела в отдельных термодинамических процессах, из которых

состоит цикл поршневого ДВС.

Рис.2

В технической термодинамике исследуются не реальные процессы, происходящие в ДВС, а идеальные круговые процессы преобразования теплоты в механическую работу, т.е. идеальные циклы. Их изучение необходимо для оценки совершенства действительных тепловых процессов, происходящих в двигателях, а также для исследования факторов, влияющих на экономичность двигателя и совершаемую им работу. Так как в технической термодинамике исследуются лишь идеальные обратимые циклы, то для исследования цикла поршневого ДВС принимаются следующие допущения:

v рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью;

v его количество и состав в цикле не изменяются;

v подвод тепла к рабочему телу производится не за счет сгорания топливо-воздушной смеси, а обратимым образом от внешнего высокотемпературного (высшего) источника теплоты (ВИТ);

v процесс уноса теплоты с отработавшими продуктами сгорания при выхлопе заменяется обратимым процессом отвода тепла от рабочего тела к внешнему низкотемпературному (низшему) источнику теплоты (НИТ);

v между рабочим телом и внешними источниками теплоты имеет место бесконечно малая разность температур;

v процессы сжатия и расширения рабочего тела протекают адиабатно;

v механические потери (потери на трение) и потери теплоты в окружающую среду (передача теплоты от стенок и унос теплоты охлаждающей водой) отсутствуют.

Принятые допущения приводят к изучению идеальных термодинамических циклов ДВС, что позволяет производить сравнение различных двигателей и определять факторы, влияющие на их термические коэффициенты полезного

действия (термические кпд).

Идеальные циклы поршневых ДВС подразделяются на три типа:

v цикл с подводом тепла при постоянном объеме (при )– цикл Отто (рис. 3а);