pracovn Í cykly spalovacÍch motorů
DESCRIPTION
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ. PraCOvn Í cykly spalovacÍch motorů. d oc . Ing. Josef ŠTETINA , Ph.D. Seminář aplikované termomechaniky Předmět 3 . ročníku B S http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
PRACOVNÍ CYKLY SPALOVACÍCH
MOTORŮ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚFAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV
ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
11. 10. 2010
doc. Ing. Josef ŠTETINA, Ph.D.
Seminář aplikované termomechaniky
Předmět 3. ročníku BS
http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/
TYPY SPALOVACÍCH MOTORŮ
Čtyřdobý zážehový(benzínový) motor
Dvoudobý zážehový(benzínový) motor
Čtyřdobý vznětový(naftový) motor
Zážehový(benzínový) motor s rotačním pístem
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
Kontaktní Bezkontaktní
TYPY SPALOVACÍCH MOTORŮ
Podle způsobu zapálení pohonné směsi rozlišujeme:a) motory zážehové (palivo zažehne jiskra svíčky)b) motory vznětové (palivo se vznítí)
zážehové motory (benzínové) a) Dvoudobéb) Čtyřdobé vznětové (Dieselové)
Podle počtu dob v pracovním cyklu rozlišujeme:
Podle nasávaného vzduchu:a) Atmosferickéb) Přeplňované
HISTORIE1860 - Joseph Étienne Lenoir (1822 – 1900) navrhuje první motor s vnitřním
spalováním, s uhlím a vzduchem jako palivem.1876 - Nikolaus Otto (1832 – 1891) vyvíjí čtyřdobý motor. 1867 – dvojtaktní motor1883 - Gottlieb Daimler (1834-1900) staví první benzínový motor.1897 - Rudolf Diesel (1858 – 1913) vysokotlaký motor se samočinným zážehem1884 - Charles Parsons staví první parní turbínu na výrobu elektřiny.1926 - Robert Goddard vypouští první raketu na kapalné palivo.1930 - Frank Whittle patentuje vynález tryskového motoru.1956 - Felix Wankel (1902 - 1988,) vyvíjí Wankelův motor.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
Nikolaus Otto
Rudolf Diesel
Gottlieb Daimler
Joseph Étienne Lenoir
LODNÍ MOTOR
Motor – 108 920 PS, Rozměry: 26,7m x 13,2m. Hmotnost: 2300 tun, Spotřeba: 6 275 l / h
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
ZMĚŘENÝ p-V DIAGRAMMOTOR ŠKODA 1.4 MPI
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 35
Převzato z Autoexpert 9/2009
HISTORICKÝ VÝVOJ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
POROVNÁVACÍ DIAGRAM OBECNÉHO CYKLU
1
31 z k 1
3 k 2 1
pV V V TV V T p
4 4
3 3
p Tp T
5 5
4 4
V TV T
stupeň komprese (kompresní poměr)
stupeň izochorického zvýšení tlaku
stupeň izobarického zvětšení objemu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
STŘEDNÍ TEORETICKÝ TLAK PRACOVNÍCH OBĚHŮ
0ts
z
Ap
V
0 ts ztA n p V n
P2 2
Výkon čtyřdobého motoru
Stará pravda:Objem ničím nenahradíš.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36
PRACOVNÍ CYKLUS SPALOVACÍHO MOTORU
TRANSFORMACE ENERGIE
1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36
ZÁKLADNÍ POJMY
HÚ – horní úvrať, horní mrtvá poloha (TDC)DÚ – dolní úvrať, dolní mrtvá poloha (BDC)Vrtání – průměr válceZdvih – dráha mezi HÚ – DÚKomresní objem – objem nad pístem v HÚZdvihový objem – objem mezi HÚ do DÚObjem válce – Kompresní + zdvihový
1Objem obsazený vzduchem v DÚObjem obsazený vzduchem v HÚ
Kompresní poměr
1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36
OTTŮV CYKLUS – ZÁŽEHOVÉHO MOTORU
1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36
bod 1: p1, V1, T1
2 1p p 12V
V
12 1T T bod 2:
bod 3: 3 1p p 1
3V
V
13 1T T
bod 4: 4 1p p 4 1V V 4 1T T
4 1 4 1
3 2 3 2
m c T TQ T T1 1 1Q m c T T T T
vCvtz
Hv v
1
11tz
TERMICKÁ ÚČINNOST-OTTOVA CYKLU
1
2
VV
3
2
pp
1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36
15
VLIVY NA TERMICKOU ÚČINNOST OTTOVA CYKLU
1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36
SOUVISLOST KOMPRESNÍHO POMĚRU A MECHANICKÉ ÚČINNOSTI
1 . . . 10 11 12 13 14 15 16 . . . 36
PŘEDSTIH ZÁŽEHU
1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 . . . 36
CHARAKTERISTICKÉ PARAMETRY ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ
rok
Kompresní poměr [-]
Jmenovité otáčky [min-1]
Střední efektivní tlak [MPa]
Objemový výkon[kW.dm-3]
min max min max min max min max
1966 6,6 9 3400 5700 0,65 1,1 15 37
1994 7,5 10,5 4000 6500 0,65 1,5 25 80
2003 9 12,5 4500 8800 0,8 1,3 31 88
1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36
DIESLŮV CYKLUS – ROVNOTLAKÝ CYKLUS
1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36
TERMICKÁ ÚČINNOST-DIESLOVA CYKLU
4 1C1
H 3 2
m c T TQ 1 11 1 1Q m c T T ( 1)
vt
p
1 z k
2 k
V V VV V
3
2
VV
kompresní poměr
stupeň izobarického zvětšení objemu
1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36
SABATŮV CYKLUS – VZNĚTOVÉHO MOTORU
1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36
bod 1: p1, V1, T1 bod 2: bod 3: bod 4: bod 5:
2 1p p 12V
V
12 1T T
3 1p p 13V
V
13 1T T
4 1p p 4 1V V
1
4 1T T
5 1p p 5 1V V
5 1T T
5 1
Hp 3 2 p 4 3
m c T TQ1 1Q Q m c T T m c T T
vCvt
Hv v
1
1 111 1t
TERMICKÁ ÚČINNOST-SABATOVA CYKLU
1
2
VV
3
2
pp
3
2
VV
1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36
VLIV STUPNĚ ZVÝŠENÍ TLAKU
1 . . . 17 18 19 20 21 22 23 . . . 36
VLIV ZVÝŠENÍ OBJEMU
1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 . . . 36
CHARAKTERISTICKÉ PARAMETRY VZNĚTOVÝCH MOTORŮ
rokKompresní poměr [-]
Jmenovité otáčky [min-1]
Střední efektivní tlak [MPa]
Objemový výkon
[kW.dm-3]
min max min max min max min max
1966 19 21 3800 4200 0,68 0,72 13 19
1994 19 23 3400 5000 0,6 1,1 20 38
2003 16 21 3000 4400 0,75 1,7 25 58
1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36
POROVNÁNÍ PŘI QHO=QHS A STEJNÝCH KOMPRESNÍCH POMĚRECH εO=εS
CO
HO
Q1
QtO CS
HS
Q1
QtS
COQ CSQ
>
<
Účinnější Ottův cyklus
1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36
Porovnání při QHO=QHS A STEJNÝCH TLACÍCH pmaxO= pmaxS A pminO= pminS
CO
HO
Q1
QtO CS
HS
Q1
QtS <
COQ CSQ >
Účinnější Sabatův cyklus
1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36
STEJNÉ QHO=QHS A STUPNĚ KOMPRESE DLE PRAXE
CO
HO
Q1
QtO CS
HS
Q1
QtS <
COQ CSQ >
Účinnější Sabatův cyklus
1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36
POROVNÁNÍ QHO=QHS A STEJNÉ MAXIMÁLNÍ A MINIMÁLNÍ OBJEMY VmaxO=VmaxS A VminO=VminS
CO
HO
Q1
QtO CS
HS
Q1
QtS >
COQ CSQ <
Účinnější Ottův cyklus
1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36
CARNOTIZACE CYKLU POKUD ROZDÍLNÁ PŘIVEDENÁ TEPLA
Účinnější Sabatův cyklus
1 . . . 25 26 27 28 29 30 31 . . . 36
POROVNÁNÍ ZÁŽEHOVÝCH A VZNĚTOVÝCH MOTORŮ
1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 . . . 36
PALIVA
PARAMETR Benzín Nafta Vodík kapalný
měrná hmotnost kg.m-3 0,73 0,86 0,071bod varu oC 38 204 160
343-253
spodní výhřevnost MJ.kg-1 44,9 43,0 120spodní výhřevnost MJ.m-3 32700 36800 8520stechiometrický
poměrkg.kg-1 14,8 14.5 34.6
zápalná teplota oC 257 210 574rychlost hoření m.s-1 0.34 0.34 2.7
1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 36
SOUČINITEL PŘEBYTKU VZDUCHU[ ]
(14,8) [ ]m přivedeného vzduchu kgteoretické m kg
1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 36
INDIKACE MOTORŮ = MĚŘENÍ TLAKŮ VE VÁLCI
1 . . . 28 29 30 31 32 33 34 35 36
PŘÍKLADY DAT PRO ŠKODA 1.4 MPIMĚŘENÉ NA VUT FSI
1 . . . 28 29 30 31 32 33 34 35 36
SKUTEČNÝ EXPONENT POLYTROPY A T-S DIAGRAM
1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 34
n – úhel otočení T - S