125162 (Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретические сведения

1.1 Обратные термодинамические циклы

1.2 Циклы тепловых двигателей и установок

1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия

2. Рабочие процессы в поршневых и комбинированных двигателях

2.1 Классификация двигателей внутреннего сгорания

2.2 Топливо для двигателей. Свойства и физико-химические характеристики. Теплота сгорания топлива

2.3 Двухтактные двигатели

3. Параметры, характеризующие поршневые двигатели

3.1Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность

3.2 Коэффициенты полезного действия

3.3 Повышение удельной мощности двигателей

4. Дизельные двигатели

4.1 Особенности и применение

4.2 Смесеобразование в дизелях и типы камер сгорания0

4.3 Топливные системы

4.4 Подвод воздуха и отвод выпускных газов

4.5 Устройство двухтактных и четырехтактных двигателей

5. Расчет горения топлива

5.1 Состав топлива и его характеристики

5.2 Процессы горения топлива

6. Устройство двигателя автомобиля марки ВАЗ-2101

6.1 Основные механизмы и системы двигателя

6.2 Силы и моменты, действующие в двигателе

6.3 Кривошипно-шатунный механизм

6.4 Механизм газораспределения

6.5 Системы смазки и охлаждения

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. На данный момент является одним из самых распространенных типов двигателей. В этой работе будет показаны основы строения ДВС, принцип работы на примере ВАЗ-2101.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: их используют в авиации, теплоходы, автомобили, тракторы и тепловозы также используют ДВС. Более мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Обратные термодинамические циклы

Обратный термодинамический цикл – это совокупность процессов, в результате которых рабочее тело (пар, газ) возвращается в первоначальное состояние, и при этом за счет затраты работы осуществляется передача теплоты от тел менее нагретых к более нагретым.

Теплота сама по себе не способна переходить от тел, имеющих низкую температуру, к телам более нагретым, что является отражением второго закона термодинамики. Однако при затратах энергии с помощью различного рода холодильников, кондиционеров и тепловых насосов теплота может отниматься от холодных тел и передаваться телам с более высокой температурой. Таким образом, помимо прямых циклов, которые реализуются в целях превращения тепловой энергии в механической энергии в механическую, существует целый класс круговых процессов, назначением которых может являться, в частности перенос теплоты от тел менее нагретых к телам с более высокой температурой. Формально эти циклы отличаются направлением протекания термодинамических процессов – они осуществляются против хода часовой стрелки, а не по ходу, как прямые циклы. Иными словами, по подобным циклам работают различные потребители энергии.

Обратный термодинамический цикл можно рассмотреть на примере воздушной холодильной установки.

В качестве рабочего тела в холодильной установке может использоваться воздух. В этом случае подвод и отвод теплоты осуществляется – в отличии от цикла Карно – не в изотермных процессах, а в процессах изобарных.

Рис. 1. Схема «воздушной» холодильной установки

Где 1 – холодильная камера, 2 – компрессор, 3 – теплообменник, 4 – расширительный цилиндр

Нагретый в результате теплообмена с охлаждаемыми предметами воздух поступает из холодильной камеры 1 (рис. 1) в компрессор 2. Вследствие последующего быстрого сжатия температура воздуха поднимается выше температуры окружающей среды и вытесняемый в теплообменник 3 воздух при постоянном давлении отдает теплоту этой среде или охлаждающей жидкости. При этом температура воздуха понижается, оставаясь, однако в процессе теплообмена всегда выше температуры среды или жидкости. Пройдя через трубки теплообменника, воздух через клапаны попадает в расширительный цилиндр 4 (детендер). Здесь он расширяется, совершая «положительную» работу. Поскольку процесс расширения протекает относительно быстро, температура рабочего тела понижается и охлажденный подобным образом воздух в конце расширения через клапана попадает в холодильную камеру 1. Здесь при постоянном давлении он отбирает теплоту у охлаждаемых предметов, после чего вновь поступает в компрессор.

Холодильный коэффициент цикла воздушной холодильной установки определяется как:

Где T₁ – исходная температура рабочего тела, T₂, T₃, T₄ – температуры компрессора, теплообменника и расширительного цилиндра.

Таким образом, холодильный коэффициент воздушной установки ξ_k определяется по той же формуле, как и для обратного цикла Карно. Однако эффективность этих двух циклов оказывается различной. Различие в эффективности цикла воздушной холодильной установки и обратного цикла Карно весьма существенно, и отношение ξ/ξ_k, в реальном диапазоне температур, как правило, не превосходит 0,3.

Помимо невысокой эффективности существенным недостатком воздушных холодильных установок являются и их большие габариты. Это предопредило поиск решений, позволяющих при увеличении эффективности уменьшить ее размеры. Достичь этого возможно в приближении к обратному циклу Карно, то есть в случае подвода и отвода теплоты в цикле по изотермам.

1.2 Циклы тепловых двигателей и установок

Круговой цикл (процесс) – это такой процесс, при котором газ (т.е. рабочее тело) после ряда изменений возвращается в исходное состояние.

Круговые процессы осуществляются в тепловых двигателях как процессы, периодически повторяющиеся. В системе p-v координат круговые процессы всегда замкнуты.

Рассмотрим изменение состояния газа в непрерывно работающем тепловом двигателе. Допустим, что газ с начальными параметрами, характеризующимися точкой 1 (рис. 2), вводится в соприкосновение с источником тепла, в результате чего газ расширяется до конечного состояния, характеризуемого точкой 2.

В процессе расширения газ совершает работу, измеряемую площадью 1-1′-2-3-4-1. Если газ сжимать при той же температуре, при которой он расширялся, то работа, затрачиваемая на сжатие, будет равна работе, получаемой при расширении, и в результате такого процесса работа будет равна нулю.

рис. 2. Круговой процесс в p-v координатах

Следовательно, процесс сжатия необходимо вести при меньшей температуре, чем процесс расширения, т.е. при сжатии газ следует охлаждать.

Работа, затраченная на сжатие, изображается площадью 2-2′-1-4-3-2. в результате кругового процесса получается полезная работа, равная разности работ расширения и сжатия, которая изображается площадью 1-1′-1-4-3-2, ограниченной замкнутой кривой обоих процессов.

Для осуществления кругового процесса (цикла) и получения полезной работы необходимо к газу в процессе расширения подвести тепло , а в процессе сжатия отвести от него тепло .

Так как в круговом процессе конечное и начальное состояния газа совпадают, то изменение внутренней энергии газа за цикл равно нулю, т.е. .

На совершение полезной работы в круговом процессе затрачивается количество тепла q=q₁-q₂, где q₁ и q₂ - количество подведенного и отведенного тепла соответственно.

Процесс на рисунке 2 называют прямым, и он направлен по часовой стрелке. Прямые циклы имеют место в тепловых двигателях.

Экономичность цикла оценивается термическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.), обозначаемым и равным отношению тепла, превращенного в полезную работу, к подведенному теплу, т.е.

.

где q₁ и q₂ - количество подведенного и отведенного тепла соответственно. Данное уравнение показывает, что к.п.д. не может быть больше или равен единице, т.к. ни q₂ ни q₁ не могут быть равны нулю.

1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия

В зависимости от организации рабочего процесса двигателя соотношение между количествами воздуха и топлива может изменяться. При теоретических расчетах получают необходимое для горения количество воздуха, но на практике подводят большее количество. Отношение действительного количества воздуха ( ), подводимого в процессе горения, к теоретически необходимому ( ), называется коэффициентом избытка воздуха

.

Он характеризует качество горючей смеси. При увеличении α смесь делается более бедной. Полным сгоранием топлива называется такое сгорание, при котором все горючие части топлива превращаются в конечные продукты окисления.

Число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания называют степенью сжатия. Степень сжатия можно найти через отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания и обозначают :

,

где - полный объем цилиндра, - объем камеры сгорания, - рабочий объем.