Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г.ШУХОВА»

(БГТУ  им. В.Г. Шухова)

 

 

Организация и безопасность движения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему «Анализ  эффективности работы двигателя  внутреннего сгорания»

 

 

 

 

 

Подготовил  студент группы ТТП-21

Е.В.Галушко

Принял: к.т.н, доц. И.А. Щетинина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Белгород 2012

Содержание

          ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….3

1. Глава 1. Теоретические сведения………………………………………….4
1. Термодинамические  процессы реальных газов…………………...4
2. Степень сжатия и коэффициент избытка воздуха…………………8
3. Циклы тепловых двигателей и установок………………………….9
2. Глава 2. Рабочие процессы поршневых и комбинированных двигателей.
1. Основные типы двигателей………………………………………....11
2. Тепловые процессы в двигателях…………………………………..15
3. Топливо для двигателей…………………………………………….16
4. Двух и четырехтактные двигатели………………………………... 22
3. Глава 3. Параметры, характеризующие поршневые двигатели………...26
1. Индикаторная диаграмма…………………………………………...26
2. Механические потери и эффективная мощность………………….27
3. Коэффициенты полезного действия………………………………..28
4. Глава 4. Виды двигателей: бензиновые…………………………………...29
1. Особенности и применение…………………………………………29
2. Система питания карбюраторного двигателя……………………...30
3. Система питания с впрыском топлива……………………………...32
4. Система зажигания…………………………………………………..33
5. Устройство бензиновых двигателей………………………………..35
5. Глава 5. Расчет горения топлива (газообразного)

Заключение

Список  литературы

 

 

 

 

Введение

 

Двигателем внутреннего сгорания (д.в.с.) называется поршневой тепловой двигатель, в котором топливо сжигается непосредственно в рабочем цилиндре. Основные части двигателя те же, что и у паровой машины: цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный механизм. Однако устройство д.в.с¹. существенно отличается от устройства паровой машины. В последней рабочим телом является пар, вследствие чего она нуждается в котельной установке. В д. в. с. рабочим телом служат газообразные продукты, полученные от сгорания топлива непосредственно внутри цилиндра. Температура газов достигает при этом 1500—2000° С и выше, что вызывает значительные тепловые напряжения стенок цилиндра. Это, в свою очередь, требует более высокой технической культуры при производстве двигателей и их обслуживании.

Принцип действия двигателя таков. В цилиндр вводится горючая смесь из воздуха и парообразного или газообразного топлива (или раздельно воздух и позже мелкораспыленное жидкое топливо); затем эта смесь сжимается поршнем и в конце сжатия воспламеняется. Образовавшиеся газообразные продукты сгорания, имея высокую температуру, вызывают повышение давления в цилиндре. Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается, передавая движение на вал. После расширения продукты сгорания удаляются из цилиндра, который заполняется свежим зарядом. Затем все повторяется вновь. Последовательность указанных процессов и составляет в совокупности рабочий цикл д. в. с. Сжигание топлива непосредственно внутри рабочего цилиндра позволяет использовать значительный перепад между максимальной (в момент горения) и минимальной (в конце расширения) температурами газов, что приводит к высокой экономичности этого рода двигателей. 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.

 

Глава 1. Теоретические сведения.

1. Термодинамические процессы реальных газов.

Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева.

Зависимости между его параметрами  показывают, что молекулы в реальном газе взаимодействуют между собой  и занимают определенный объём. Состояние  реального газа часто на практике описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона:

где p — давление; V - объем T — температура; Z_r = Z_r (p,T)  — коэффициент сжимаемости газа; m - масса; М —молярная масса; R — газовая постоянная.

 

Основными процессами в  термодинамике являются:

• изохорный, протекающий при постоянном объеме;
• изобарный, протекающий при постоянном давлении;
• изотермический, происходящий при постоянной температуре;
• адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует;

При исследовании термодинамических  процессов определяют:

• уравнение процесса в p-v, и T-s координатах;
• связь между параметрами состояния газа;
• изменение внутренней энергии;
• величину внешней работы;
• количество подведенной теплоты на осуществление процесса или количество отведенной теплоты.

Изопроцессы идеального газа – процессы, при которых один из параметров остаётся неизменным. 

1. Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const.       

• Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля:       
• При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т = const.      
• График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорического процесса на РТ- и VT-диаграммах (рис 1.)
• Уравнение изохоры:

•   
  Рис. 1 P- давление,T- температура, V- объем       
• Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изохорического процесса записывается в виде

• где Р₀ – давление при 0 °С, α - температурный коэффициент давления газа равный 1/273 град^-1. График такой зависимости на Рt-диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 2.
•   
  Рис. 2

2. Изобарический процесс. Закон Гей-Люссака. Р = const.        

• Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака:      
• При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.      
• График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобарического процесса на РV- и РT-диаграммах  (рис. 3).
•  
  Рис. 3      
• Уравнение изобары:

.

       Если температура газа выражена  в градусах Цельсия, то уравнение  изобарического процесса записывается  в виде

• где α =1/273 град ^-1- температурный коэффициент объёмного расширения. График такой зависимости на Vt диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 4.
•   
  Рис. 4

3. Изотермический процесс. Закон Бойля – Мариотта. T = const.       

• Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре Т.      
• Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля – Мариотта:      
• При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.      
• График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Полезно знать графики изотермического процесса на VT- и РT-диаграммах (рис.5).
•  

Рис. 5 

  Уравнение изотермы:

4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный):       

• Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.(рис.6)
• Рис.6

 

1.2 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.

 

1.3 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. 7) 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. 7. Круговой процесс в p-v координатах