0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания

Тепловой баланс и характеристики дизелей

Эффективность работы тепловозных двигателей характеризуется тепловым балансом, который отражает распределение введенной в двигатель теплоты по составляющим и выражается уравнением

QT= Qe+ Qr+ QB + Qu+ Qh.b+ Qnp,

где Qe — теплота, преобразованная в полезную механическую работу на коленчатом валу дизеля; Qr — теплота, уносимая с отработавшими газами; QB — теплота, отводимая с охлаждающей водой; Qu — теплота, отводимая от дизеля со смазочным маслом; Qh.b — теплота, отводимая от наддувочного воздуха; Qnp — прочие тепловые потери.

Составляющие теплового баланса можно определить только экспериментально на испытательном стенде, а теплота, внесенная в двигатель топливом определяется из выражения

где QH — теплота сгорания дизельного топлива (примерно 42300 кДж/кг); Вч — часовой расход топлива дизелем, кг/ч.

Характеристикой называется зависимость основных показателей двигателя (мощности, крутящего момента, расхода топлива и др.) от режима его работы. Характеристики дизелей определяются экспериментально на стендах завода-изготовителя. Они вносятся в паспорт двигателя, и по ним оценивают эксплуатационные свойства, экономичность, надежность и области применения. Завод, выпускающий дизели, присваивает им заводскую марку (условное обозначение), например 10Д100, 1А-5Д49, ПД1М и т.д.

Рис. 6.11. Скоростные характеристики:

Ne — эффективная мощность; п — частота вращения коленчатого вала; «mm — минимальная частота вращения коленчатого вала; лтах — максимальная частота вращения коленчатого вала; А — точка, соответствующая номинальному режиму работы дизеля

1 3 5 7 9 11 13 15 Позиция контроллера машиниста

Рис. 6.12. Тепловозная (генераторная) характеристика дизеля:

— эффективная мощность; п — частота вращения коленчатого вала; птт — минимальная частота вращения коленчатого вала; лтах — максимальная частота вращения коленчатого вала; А — точка, соответствующая номинальному режиму работы дизеля Стандартом предусмотрены единые правила обозначения типа двигателя: первое число обозначает количество цилиндров; буква «Ч» — четырехтактный; буква «Д» — двухтактный, буква «Н» — с наддувом; число в числителе указывает диаметр цилиндра в сантиметрах, а в знаменателе — ход поршня в сантиметрах. Например: 16 ЧН 26/26 — это дизель 1А-5Д49.

Режимы работы двигателя характеризуются нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала. Характеристики, определяющие зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала, называются скоростными характеристиками (рис. 6.11). Если скоростная характеристика получена при полной подаче топлива, то она называется внешней скоростной характеристикой; характеристики, снятые при работе двигателя с неполной подачей топлива, называются частичными скоростными характеристиками.

На каждом скоростном режиме мощность может меняться от нуля (холостой ход) до максимального значения. Постоянство частоты вращения коленчатого вала при разных нагрузках требуется также в случае приведения в движение от двигателя таких машин, как, например, компрессоров, вентиляторов и т.п. Во всех этих случаях двигатель работает по нагрузочной характеристике. Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей двигателя от эффективной мощности. По ней можно определить допустимую мощность для заданной частоты вращения коленчатого вала, а также выявить экономичность работы двигателя при различных нагрузках. На тепловозе с электрической передачей двигатель работает по тепловозной характеристике (рис. 6.12), представляющей собой изменение мощности, расхода топлива и других параметров в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при определенном положении контроллера машиниста.

1. Что такое тепловой двигатель?

2. Какие существуют тепловые двигатели внешнего сгорания и где они применяются?

3. Что такое двигатель внутреннего сгорания?

4. Какие существуют типы ДВС и каковы области их применения?

5. Что такое рабочее тело ДВС, какими параметрами оно характеризуется?

6. Каково назначение термодинамических циклов?

7. Для каких целей служит наддув цилиндров ДВС?

8. Чем отличается индикаторная мощность от эффективной?

9. Что составляет тепловой баланс ДВС?

10. Для чего предназначены характеристики тепловозных дизелей?

Тепловой баланс поршневого ДВС.

Эффективные показатели двигателя.

При средней скорости поршня Сm= 15 м/с., при ходе поршня S= 75 мм. и частотой вращения коленчатого вала двигателя n=5400 об/мин. , рассчитаем среднее давление механических потерь : Рм = А+В* Сm , где коэффициенты А и В определяются соотношением S/D =0,75*1 , тогда А=0,0395 , В = 0,0113, отсюда Рм = 0,0395+0,0113*15 =0,209 МПа.

Рассчитаем среднее эффективное давление : ре = рi — pм = 1,116-0,209= 0,907 МПа.

Механический К.П.Д. составит : м = ре / рi =0,907/ 1,116 = 0 ,812

Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива :

е= iм = 0,388*0,812 = 0,315 ; ge = 3600/(QH е) = 3600/(42,7*0,315) = 268 г/КВт ч

Основные параметры цилиндра и двигателя.

1. Литраж двигателя : Vл = 30* Nе / (ре n) = 30*4*90/(0,907*5400) = 2,205 л.

2. Рабочий объем цилиндра : Vh = Vл / i = 2,205 / 6 = 0,368 л.

3. Диаметр цилиндра : D = 2*103 Vh(S) = 2*10/3*(0,368/(3,14*75))/(0,5)= 2*103*0,0395 = 79,05 мм.- 80 мм.

4. Окончательно приняв S = 75 мм. и D = 80мм. объем двигателя составит : Vл = D2Si / (4*106) = (3,14*6400*75*6)/(4000000)=2,26л

5. Площадь поршня : Fп = D2 / 4 = 20096/4 = 5024 мм2 = 50,24 (см2).

6. Эффективная мощность двигателя : Nе = ре Vл n / 30 = (0,907*2,26*5400)/(30*4) = 92,24 (КВт.).

7. Эффективный крутящий момент : Ме = (3*104 / l)(Ne /n) = (30000/3,14)*(92,24/5400) = 163,2 (н/м)

8. Часовой расход топлива : Gт = Ne *ge *10-3 = 92,24*268*10-3 = 92,24*268*10^(-3)=24,72 .

9. Удельная поршневая мощность : Nn = 4Ne /iD2 = (4*92,24)/(6*3,14*80*80) =30,6

Читать еще:  Двигатель ваз 21124 16 клапанов стуки

Тепловой баланс поршневого ДВС.

Из анализа рабочего цикла двигателя следует, что только часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, используется на полезную работу, остальная же часть составляет тепловые потери. Распределение теплоты, полученной при сгорании вводимого в цилиндр топлива, называют тепловым балансом, который обычно определяется экспериментальным путем. Уравнение теплового баланса имеет вид Q=Qe+Qг+Qн.с+Qост, где Q — теплота топлива, введенная в двигатель Qe — теплота, превращенная в полезную работу; Qохл — теплота, потерянная охлаждающим агентом (водой или воздухом); Qг — теплота, потерянная с отработавшими газами; Qн.с — теплота, потерянная вследствие неполного сгорания топлива, Qост остаточный член баланса, который равен сумме всех неучтенных потерь. Количество располагаемой (введенной) теплоты (кВт) Q=Gт*(Q^p)н. Теплота (кВт), превращенная в полезную работу, Qe=Ne. Теплота (кВт), потерянная с охлаждающей водой, Qохл=Gв*св*(t2-t1), где Gв количество воды, проходящей через систему , кг/с; св теплоемкость воды, кДж/(кг*К) [св=4.19 кДж/(кг*К)]; t2 и t1 — температуры воды при входе в систему и при выходе из нее, С. Теплота (кВт), теряемая с отработавшими газами, Qг=Gт*(Vp*срг*tг-Vв*срв*tв), где Gт — расход топлива, кг/с; Vг и Vв — расходы газов и воздуха, м^3/кг; срг и срв — средние объемные теплоемкости газов и воздуха при постоянном давлении, кДж/(м^3*К); tр и tв — температура отработавших газов и воздуха, С. Теплота, теряемая вследствие неполноты сгорания топлива, определяется опытным путем. Остаточный член теплового баланса (кВт) Qост=Q-(Qe+Qохл+Qг+Qн.с). Тепловой баланс можно составить в процентах от всего количества введенной теплоты, тогда уравнение баланса примет вид 100%=qe+qохл+qг+qн.с+qост, где qe=(Qe/Q*100%); qохл=(Qохл/Q)*100%;qг=(Qг/Q)*100% и т.д.

Дата добавления: 2015-07-16 ; просмотров: 225 | Нарушение авторских прав

Принципы работы и классификация ДВС. Технико-экономические показатели и тепловой баланс ДВС.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания называется тепловая машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу.

Принципы работы ДВС:

На рис. 1 представлена принципиальная схема ДВС. Основным элементом любого поршневого двигателя является цилиндр 4 с поршнем 5, соединенным посредством кривошипно-шатунного механизма с внешним потребителем работы. Цилиндр (или блок цилиндров) монтируется на верхней части картера 1 и сверху закрыт крышкой, в которой установлены впускной 2 и выпускной 3 клапаны и электрическая свеча зажигания (в карбюраторном и газовом двигателях) или форсунка (в дизеле). В зарубашечном пространстве цилиндра и его головки циркулирует охлаждаю­щая жидкость. В картере монтируется коленчатый вал, кривошип 7 которого подвижно соединен с шатуном 6. Верхняя головка шатуна сочленена с поршнем, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре

Рис. 1. Принципиальная схема поршневого ДВС

Кроме основных деталей двигатель имеет ряд вспомогательных механизмов для подачи топлива (топливные насо­сы, смесительные устройства, фильтры, топливные баки, регулятор), смазки (масляные насосы, фильтры, масляные баки, масленки), охлаждения (водяные насосы, водяные баки, радиаторы) и другие устройства, необходимые для его обслуживания. Вспомогательные ме­ханизмы приводятся в движение от коленчатого вала.

Крайние положения поршня называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Ход поршня от ВМТ до НМТ называют тактом. Объем, описываемый поршнем за один ход, является рабочим объемом цилинд­ра, Vn = nD 2 S/4 (D — диаметр цилиндра, S — ход поршня).

Сумму рабочих объемов всех цилиндров двигателя в литрах называют литражом двигателя.

Анализ рабочего цикла в ДВС обычно производят с помощью индикаторной диаграммы, на которой графически изображена зависимость давления в цилиндре от объема, занятого газом, или положения поршня. При работе ДВС индикаторная диаграмма записывается присоединенным к нему специальным прибором — индикатором.

Различают два типа поршневых ДВС — четырехтактные и двухтактные. У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма ко­торого изображена на рис. 2, а, от­дельным процессам соответствуют: 0 -1 — всасывание топливной) смеси (1-й такт); 1-2 — сжатие смеси (2-й такт); 2-3 — сгорание +3-4 — расширение продуктов сгорания +4-5— выхлоп (3-й такт); 5-0 — выталкивание продуктов сгорания, (4-й такт).

Из всех четырех тактов, составляю­щих цикл, только в третьем получается полезная paбoта, в остальных трех так­тах работа затрачивается.

У двухтактного двигателя отдельным процессам соответствуют (рис. 2, б): 0-1 — продувка и введение новой порции смеси + 1-2 — сжатие (1-й такт); 2-3 — сгорание + 3-4 — расширение + 4-0 — выхлоп (2-й такт). В двухтактном двигателе очистку цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом выполняют продувочным воздухом через шлицы, открываемые поршнем.

Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырех­тактного (а) и двухтактного (б) двигателей: А — выпускное окно; Б — продувочное окно

Двигатели с «мгновенным сгоранием» топлива (карбюраторные и газовые “Отто”). В цилиндр такого двигателя всасывается готовая горючая смесь, которая в нужный момент под­жигается от внешнего источника (элек­трической искры высокого напряжения, раскаленного шара). Время сгорания го­товой смеси очень мало, в связи с чем допустимо считать, что процесс сгорания осуществляется при (почти) постоянном объеме.

Двигатели со сгоранием топлива при (почти) посто­янном давлении (компрессорные дизели). В ци­линдре двигателя сжимается чистый воз­дух. В конце сжатия в цилиндр впрыски­вается топливо, которое в процессе смешения с горячим воздухом воспла­меняется и сгорает при р = const. Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют воздух, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2—2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название «компрессорные дизели»). Такие двигатели имеют ряд конструктивных недостатков (наличие компрессора для распыла топлива, сложное устройство форсунок и др.) и в настоя­щее время не строятся.

Читать еще:  Датчик массового расхода воздуха двигатель змз 406

Двигатели со смешанным сгоранием топлива (бескомпрессорные дизели). В цилиндре этого двигателя тоже сжимается чистый воздух, а жидкое топливо, сжатое насосом до давлений около 30— 40 МПа, подается в форсунку, через которую оно в мелкораспыленном виде разбрызгивается в цилиндр в конце такта сжатия. Топливо, попадая в воздух, нагретый в процессе сжатия до температуры, пре­вышающей температуру воспламенения, сгорает по мере ввода его в цилиндр сначала (почти) при V=const, а затем при (почти) р = const.

Все типы двигателей могут выполняться как четырехтактными, так и двухтактными.

Тепловой баланс ДВС:

Оценкой совершенства осуществляемого в тепловом двигателе процесса служат его индикаторные показатели, а суммарной оценкой, учитывающей и механическое совершенство конструкции двигателя, — эффективные показатели. Распределение теплоты, подведенной к двигателю с топливом, на полезно использованное и потери дает тепловой баланс двигателя, который называется внешним тепловым балансом. В общем виде можно записать:

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-01; Просмотров: 272; Нарушение авторского права страницы

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА — РЕФЕРАТЫ — Двигатель внутреннего сгорания

Реферат на тему

Двигатель внутреннего сгорания

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Области применения теплового расширения

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Основы устройства поршневых ДВС

Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя

Принцип действия четырехтактного дизеля

Принцип действия двухтактного двигателя

Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочие циклы двухтактных двигателей

ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАБОТУ ДВИГАТЕЛЕЙ

Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность

Эффективная мощность и средние эффективные давления

Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива

Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива

Тепловой баланс двигателя

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения

большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность,

проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает

автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и

нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог

и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают

автомобиль главным средством передвижения в этих районах.

Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного

хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе

страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов,

перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70%

Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли

народного хозяйства — автомобильной промышленности, которая на современном

этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения .

Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад

(название «автомобиль» происходит от греческого слова autos — «сам» и

латинского mobilis — «подвижный»), когда стали изготовлять «самодвижущиеся»

повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка

крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени

«самобеглую коляску», приводимого в движение силой двух человек. Позднее

русский изобретатель И.П.Кулибин создал «самокатную тележку» с педальным

приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок

быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через

несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое

распространение автомобиля как транспортного средства начинается с

появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г.

Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г.

К.Бенц — трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально

развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с

двигателями внутреннего сгорания.

В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В

царской России неоднократно делались попытки организовать собственное

машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на

Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет

здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей.

Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество

грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около

9000 автомобилей, из них большая часть — зарубежного производства.

После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново

пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность. Начало

развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в

Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.

В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство

автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство

грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.

В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод

малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский

автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй

Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы.

Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо

Читать еще:  Греется двигатель как промыть систему охлаждения

быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод

им. 50-летия СССР.

За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие

образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для

сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В настоящее время существует большое количество устройств, использующих

тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный

двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.

Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы. 1.

Двигатели с внешним сгоранием — паровые машины, паровые турбины, двигатели

Стирлинга и т.д. 2. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве

энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили

двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с

выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит

непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных автомобилей

установлены двигатели внутреннего сгорания.

Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели

внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы,

сравнительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком

этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня,

связанное с наличием криво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и

ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при

значительных размерах двигателя.

А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания

(ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта

машина была еще весьма несовершенной. В 1862 г. французский изобретатель Бо

де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания

четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4)

выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто,

построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при

использовании двигателей всех предшествующих типов.

Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском

хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных

Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями

значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником

обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность —

одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время

является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в

механическую работу с

наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество

дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены.

К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут

быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется

широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения

мощности и крутящего момента этих двигателей.

Рассматриваемые двигатели успешно используются на автомобилях тракторах

, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах ,электростанциях и т.д.,

т.е. ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.

Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса

ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих

широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.

Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС

могут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным

качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях.

Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными

устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели

сравнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают

значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на

Положительным качеством дизелей является способность одного двигателя

работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильных

многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности,

которые работают на различных топливах – от дизельного до котельного

мазута. Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом

недостатков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и

газовыми турбинами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно

большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность

непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя,

Токсичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня,

ограничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появлений не

уравновешенных сил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы

создание двигателей внутреннего сгорания, их развития и применения, если бы

не эффект теплового расширения. Ведь в процессе теплового расширения

нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие

быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко

повышается давление, под воздействием которого происходит перемещение

поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция,

т.е. силовое воздействие, создание больших давлений, которую выполняет

тепловое расширение, и ради которой это явление применяют в различных

технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить

внимание в следующей главе.

Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе его

изобарического нагревания (при постоянном давлении). Количественно тепловое

расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения

B=(1/V)*(dV/dT)p, где V — объем, T — температура, p — давление. Для

большинства тел B>0 (исключением является, например, вода, у которой в

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector