Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания отражает эффективность всасывания в цилиндр и выпуска из цилиндра рабочей среды (то есть, топливо-воздушной смеси или выхлопных газов). Говоря более строго, объёмный КПД — это отношение (или процентное соотношение) количества рабочей среды, фактически всасываемой в цилиндр, к объёму самого цилиндра (при неизменных условиях). Поэтому те двигатели, которые могут создавать давления на входах в трубопроводы выше давления окружающей среды, могут иметь объёмный КПД больший 100 %.
Объёмный КПД может быть улучшен несколькими путями. В частности, к ним относятся выбор оптимальной степени открытия клапанов (относительно объёма цилиндров) и выбор обтекаемой конструкции портов.
Двигатели с высоким объёмным КПД в общем случае способны работать с бо́льшими скоростями и способны вырабатывать бо́льшую полную мощность из-за меньших потерь при паразитическом перемещении воздуха внутрь и вне двигателя.
Общим, принятым производителями, подходом по увеличению объёмного КПД является использование больших по размеру клапанов или систем с числом клапанов на цилиндр, бо́льшим двух (англ.) (мультиклапанных систем).
Увеличенные клапана улучшают всасывание и впуск воздуха, но имеют повышенную массу. Мультиклапанная система включает в себя два или более клапанов с общей площадью большей, чем площадь одного большого клапана, в то время как мультиклапанная система имеет меньшую массу.
Во многих автомобилях спортивного типа используют точно расчитанное расположение впускных отверстий и настройки выхлопной системы для перемещения воздуха внутрь и наружу двигателя, используя резонанс системы.
В двухтактных двигателях эта идея реализуется в применении камер расширения (англ.), которые возвращают утечки топливо-воздушной смеси обратно в цилиндр. Более современная технология — изменяемые фазы газораспределения, задачей которой является учитывать влияние на объёмный КПД сокрости двигателя: при более высоких скоростях двигатель нуждается в том, чтобы клапаны были открыты больший процент времени от продолжительности цикла для перемещения рабочей среды внутрь и наружу двигателя.Более радикальные решения задачи повышения повышения объёмного КПД включают в себя использование гильзовых клапанов (англ.), в которых вместо тарельчатого клапана установлена вращающаяся вокруг поршня гильза, или в других случаях вращающаяся под цилиндрическими головками гильза. В такой системе порты могут быть настолько большими, насколько это необходимо. Однако имеется практическое ограничение, накладываемое прочностью гильзы: при слишком больших размерах портов гильза может продавливаться в них под действием давления в цилиндре.
Двигатель внутреннего сгорания поглощает некоторое количество энергии, 25% из которой он может потратить на совершение полезной работы. Остальное уходит на сопротивление трению и разогрев атмосферы.
что (кол-во теплоты от нагревателя - кол данное холодильнику) /кол-во нагревателья*100 = 25 (Qn-Qx)*100/Qn = 25
Что это говно а не двигатель внутреннего сгорания что! 75 % ! энергии топлива уходит на подогрев УЛИЦЫ.
Александр Кузьменко прав----подогрев улицы и её загрязнение на 75%
100 = 25 (Qn-Qx)*100/Qn = 25
touch.otvet.mail.ru
Цель урока: Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания(ДВС), ввести понятие КПД тепловых двигателей
Задачи:
- обучающие: рассмотреть устройство ДВС, и показать на примере ДВС переход энергии из одного вида в другой, обратить внимание на значение использования тепловых двигателей, ввести понятие КПД тепловых двигателей
-развивающие: развитие умения формулировать выводы, развитие внимания и речи, а также физического и общего кругозора, способствовать формированию у обучающихся научно-технического мышления; умения воплощать научные идеи в технические схемы моделей, конструкции
-воспитательные: воспитывать бережное отношение к природе, интерес к физике и ее приложениям, активности и общей культуре
Тип урока: изучение нового материала
Формы работы учащихся: групповая, индивидуальная, фронтальная
Необходимое техническое оборудование: модель цилиндра двигателя внутреннего сгорания, презентация, компьютер, мультимедийная установка, карточки – задания для самостоятельной работы и листы ответов
План урока:
Когда тело совершает работу, его внутренняя энергия преобразуется в механическую энергию.
Вопрос: При помощи какого простейшего опыта можно показать превращение внутренней энергии тела в механическую.
Ответ: нужно в пробирку налить воду и ее нагреть. Объясните результаты опыта.
Вопрос: Почему вылетела пробка. И как изменилась внутренняя энергия.
Ответ: При кипении воды в пробирке образуется пар. Под давлением пара выскочила и поднялась вверх. Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара. А пар расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки
Вопрос: Что происходит с внутренней энергией топлива?
Вопрос: Где используется свойство энергии преобразования из одного вида в другой?
Вопрос: Что такое Тепловой двигатель? Какие виды тепловых двигателей существуют?
Вопрос: Какие переходы и превращения энергии происходят а них?
Вопрос: Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами? Из каких частей состоит и как работает?
Работа по карточкам
Карточка №1
Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 тонны торфа?
Карточка№2.При сгорании топлива массой 1 тонна выделилось энергии. Определите вид топлива.
Какую массу торфа необходимо сжечь, чтобы выделилось энергии?
Карточка №4.Сколько спирта необходимо сжечь, что бы довести до кипения воду массой 2 кг в алюминиевой кастрюле массой 400 г? Начальная температура воды в кастрюле 20 градусов выше нуля.
Карточка №5.Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 400 г бензина?
Карточка №6.Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 10 л бензина?
Карточка №7.Сколько теплоты выделяется при сгорании 200 г спирта?
Карточка №8.Для питания котла водяного отопления требуется в день 58 МДж энергии. Сколько нужно ежедневно сжигать для питания котла каменного угля?
Карточка №9.Сколько спирта надо сжечь, чтобы 20 кг воды нагреть от 20 до 78˚С?
3. Изучение нового материала.Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания».
Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания; а также в теории и на практике рассмотреть понятие КПД теплового двигателя
1. Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
1 и 2 клапана, 3 – поршень, 4 – шатун, 5 – коленчатый вал, 6 – свечи.
В цилиндре такого двигателя происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800 0С. Расширяясь, газы, толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал. Совершенная при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию. Рассмотрим более подробно работу такого двигателя.
2. Принцип действия ДВС
Сейчас каждый работает с учебником. Нужно найти в учебнике определения следующих понятий. Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре. Ход поршня – расстояние проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой. Почему двигатель называется четырехкратным? Одни рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, как говорят за четыре такта.
Один такт двигателя – один ход поршня, совершающийся за пол-оборота коленчатого вала.
Далее объясняется назначение каждого такта в полном цикле работы
Первый такт – впуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра
Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется вверх, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.
Третий такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200°С. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Именно на этом этапе и происходит преобразование части внутренней энергии в механическую. Это и называется рабочий ход.
Четвертый такт – выпуск. Поршень начинается двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.
Заполняем таблицу. Первый вариант заполняет 3,4 столбец, второй вариант заполняет 5, 6 столбец.
| № | 1 такт впуск | 2 такт сжатие | 3 такт Рабочий ход | 4 такт выпуск | |
| 1. | Движение поршня | вниз | вниз | вверх | |
| 2. | 1 клапан | открыт | закрыт | закрыт | закрыт |
| 3. | 2 клапан | закрыт | закрыт | закрыт | открыт |
| 4. | Горючая смесь | Поступает из клапана 1 | Сжимается | Сгорает | нет |
| 5. | Продукты сгорания | нет | нет | Появляются в результате сгорания | Выпускается из клапана 2 в окружающую среду |
Для чего необходимы тепловые двигатели?
Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию внутреннюю.
Как вы думаете, вся ли тепловая энергия превращается в тепловых двигателях в механическую энергию?
Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом, т.к. пар или газ, совершив работу, еще обладает энергией.
Для оценки теплового двигателя важно знать, какая часть энергии, выделяемой топливом, превращается в полезную работу (работа, которая идет на выполнение определенного действия). Чем больше работа полезная, тем двигатель экономичнее. Для характеристики вводится понятие КПД.
Вопрос: Что мы называли коэффициентом полезного действия при изучении механики? (Отношение полезной работы к работе затраченной.)
При работе тепловых двигателей механическая работа совершается за счет превращения внутренней энергии горения топлива в механическую энергию.
Т.е. (количество теплоты, выделенное при сгорании топлива)
Производя математические преобразования формулы, получим новую формулу для расчета КПД теплового двигателя.
где – количество теплоты, выделенное в результате сгорания топлива; – работа, совершаемая двигателем.
Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.
Т.к (часть энергии уходит в окружающую среду), то
Кроме того КПД теплового двигателя можно вычислять по другой формуле:
– энергия, ушедшая в окружающую среду
Рассмотрим характеристики некоторых, наиболее используемых тепловых двигателей:
| Характеристики тепловых двигателей Двигатели | КПД, % |
| ДВС: карбюраторный дизельный | ~ 25 ~ 35 |
| Турбины: паровые газовые | ~ 30 ~ 27 |
| Реактивный | ~ 80 |
4. Закрепление изученного.
1)Задача на закрепление:
Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 0,23МДж и израсходовал 2кг бензина. Вычислить КПД двигателя.
Ответ: 25% 2)Повторим и вспомним:
Разгадаем ли мы этот кроссворд?
1.Дополнить выражение: «При сжигании топлива атомы соединяются в молекулы, и происходит выделение…»
2. Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива
3.Часть двигателя внутреннего сгорания, перемещающаяся внутри цилиндра
4.Одно из агрегатных состояний воды.
5.Как называются двигатели, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию?
6. В каком агрегатном состоянии выделяются продукты сгорания топлива в ДВС
7. Второй такт работы ДВС
8.Какой буквой обозначается удельная теплота плавления?
(ответы вписываем по порядку сверху вниз)
| Э | н | е | р | г | и | я | ||||||
| К | П | Д | ||||||||||
| п | О | р | ш | е | н | ь | ||||||
| Л | е | д | ||||||||||
| т | е | п | л | О | в | ы | е | |||||
| Г | а | з | ||||||||||
| с | ж | а | т | И | е | |||||||
| л | Я | м | б | д | а | |||||||
??? Как вы думаете, на что тратится большая часть внутренней энергии тепловых двигателей?
??? Безопасны ли тепловые двигатели с точки зрения экологии?
??? Чем они вредят окружающей среде и на каком этапе работы ДВС происходит загрязнение атмосферы?
Сообщения на тему: «Тенденция экологического улучшения ДВС», «Влияние ДВС на экологическую ситуацию» 5. Подведение итогов. 6. Домашнее задание: §22,24; №1144.
скачатьnenuda.ru
Двигатель внутреннего сгорания. Кпд - страница №1/1
Тема: Двигатель внутреннего сгорания. КПД Цель урока: Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания(ДВС), ввести понятие КПД тепловых двигателей
Задачи:
- обучающие: рассмотреть устройство ДВС, и показать на примере ДВС переход энергии из одного вида в другой, обратить внимание на значение использования тепловых двигателей, ввести понятие КПД тепловых двигателей
-развивающие: развитие умения формулировать выводы, развитие внимания и речи, а также физического и общего кругозора, способствовать формированию у обучающихся научно-технического мышления; умения воплощать научные идеи в технические схемы моделей, конструкции
-воспитательные: воспитывать бережное отношение к природе, интерес к физике и ее приложениям, активности и общей культуре
Тип урока: изучение нового материала
Формы работы учащихся: групповая, индивидуальная, фронтальная
Необходимое техническое оборудование: модель цилиндра двигателя внутреннего сгорания, презентация, компьютер, мультимедийная установка, карточки – задания для самостоятельной работы и листы ответов
План урока:
Когда тело совершает работу, его внутренняя энергия преобразуется в механическую энергию.
Вопрос: При помощи какого простейшего опыта можно показать превращение внутренней энергии тела в механическую.
Ответ: нужно в пробирку налить воду и ее нагреть. Объясните результаты опыта.
Вопрос: Почему вылетела пробка. И как изменилась внутренняя энергия.
Ответ: При кипении воды в пробирке образуется пар. Под давлением пара выскочила и поднялась вверх. Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара. А пар расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки
Вопрос: Что происходит с внутренней энергией топлива?
Вопрос: Где используется свойство энергии преобразования из одного вида в другой?
Вопрос: Что такое Тепловой двигатель? Какие виды тепловых двигателей существуют?
Вопрос: Какие переходы и превращения энергии происходят а них?
Вопрос: Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами? Из каких частей состоит и как работает?
Работа по карточкам
Карточка №1
Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 тонны торфа?
Карточка№2.При сгорании топлива массой 1 тонна выделилось энергии. Определите вид топлива.
Карточка №3.Какую массу торфа необходимо сжечь, чтобы выделилось энергии?
Карточка №4.Сколько спирта необходимо сжечь, что бы довести до кипения воду массой 2 кг в алюминиевой кастрюле массой 400 г? Начальная температура воды в кастрюле 20 градусов выше нуля.
Карточка №5.Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 400 г бензина?
Карточка №6.Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 10 л бензина?
Карточка №7.Сколько теплоты выделяется при сгорании 200 г спирта?
Карточка №8.Для питания котла водяного отопления требуется в день 58 МДж энергии. Сколько нужно ежедневно сжигать для питания котла каменного угля?
Карточка №9.Сколько спирта надо сжечь, чтобы 20 кг воды нагреть от 20 до 78˚С?
3. Изучение нового материала.Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания».
Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания; а также в теории и на практике рассмотреть понятие КПД теплового двигателя
1. Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
1 и 2 клапана, 3 – поршень, 4 – шатун, 5 – коленчатый вал, 6 – свечи.
В цилиндре такого двигателя происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800 0С. Расширяясь, газы, толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал. Совершенная при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию. Рассмотрим более подробно работу такого двигателя.
2. Принцип действия ДВС
Сейчас каждый работает с учебником. Нужно найти в учебнике определения следующих понятий. Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре. Ход поршня – расстояние проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой. Почему двигатель называется четырехкратным? Одни рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, как говорят за четыре такта.
Один такт двигателя – один ход поршня, совершающийся за пол-оборота коленчатого вала.
Далее объясняется назначение каждого такта в полном цикле работы
Первый такт – впуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра
Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется вверх, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.
Третий такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200°С. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Именно на этом этапе и происходит преобразование части внутренней энергии в механическую. Это и называется рабочий ход.
Четвертый такт – выпуск. Поршень начинается двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.
Заполняем таблицу. Первый вариант заполняет 3,4 столбец, второй вариант заполняет 5, 6 столбец.
| № | 1 такт впуск | 2 такт сжатие | 3 такт Рабочий ход | 4 такт выпуск | |
| 1. | Движение поршня | вниз | вверх | вниз | вверх |
| 2. | 1 клапан | открыт | закрыт | закрыт | закрыт |
| 3. | 2 клапан | закрыт | закрыт | закрыт | открыт |
| 4. | Горючая смесь | Поступает из клапана 1 | Сжимается | Сгорает | нет |
| 5. | Продукты сгорания | нет | нет | Появляются в результате сгорания | Выпускается из клапана 2 в окружающую среду |
Для чего необходимы тепловые двигатели?
Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию внутреннюю.
Как вы думаете, вся ли тепловая энергия превращается в тепловых двигателях в механическую энергию?
Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом, т.к. пар или газ, совершив работу, еще обладает энергией.
Для оценки теплового двигателя важно знать, какая часть энергии, выделяемой топливом, превращается в полезную работу (работа, которая идет на выполнение определенного действия). Чем больше работа полезная, тем двигатель экономичнее. Для характеристики вводится понятие КПД.
Вопрос: Что мы называли коэффициентом полезного действия при изучении механики? (Отношение полезной работы к работе затраченной.)
При работе тепловых двигателей механическая работа совершается за счет превращения внутренней энергии горения топлива в механическую энергию.
Т.е. (количество теплоты, выделенное при сгорании топлива)
Производя математические преобразования формулы, получим новую формулу для расчета КПД теплового двигателя.
где – количество теплоты, выделенное в результате сгорания топлива; – работа, совершаемая двигателем.
Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.
Т.к (часть энергии уходит в окружающую среду), то
Кроме того КПД теплового двигателя можно вычислять по другой формуле:
– энергия, ушедшая в окружающую среду
Рассмотрим характеристики некоторых, наиболее используемых тепловых двигателей:
| Характеристики тепловых двигателей Двигатели | КПД, % |
| ДВС: карбюраторный дизельный | ~ 25 ~ 35 |
| Турбины: паровые газовые | ~ 30 ~ 27 |
| Реактивный | ~ 80 |
4. Закрепление изученного.
1)Задача на закрепление:
Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 0,23МДж и израсходовал 2кг бензина. Вычислить КПД двигателя.
Ответ: 25% 2)Повторим и вспомним:
Разгадаем ли мы этот кроссворд?
1.Дополнить выражение: «При сжигании топлива атомы соединяются в молекулы, и происходит выделение…»
2. Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива
3.Часть двигателя внутреннего сгорания, перемещающаяся внутри цилиндра
4.Одно из агрегатных состояний воды.
5.Как называются двигатели, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию?
6. В каком агрегатном состоянии выделяются продукты сгорания топлива в ДВС
7. Второй такт работы ДВС
8.Какой буквой обозначается удельная теплота плавления?
(ответы вписываем по порядку сверху вниз)
| Э | н | е | р | г | и | я | ||||||
| К | П | Д | ||||||||||
| п | О | р | ш | е | н | ь | ||||||
| Л | е | д | ||||||||||
| т | е | п | л | О | в | ы | е | |||||
| Г | а | з | ||||||||||
| с | ж | а | т | И | е | |||||||
| л | Я | м | б | д | а | |||||||
??? Как вы думаете, на что тратится большая часть внутренней энергии тепловых двигателей?
??? Безопасны ли тепловые двигатели с точки зрения экологии?
??? Чем они вредят окружающей среде и на каком этапе работы ДВС происходит загрязнение атмосферы?
Сообщения на тему: «Тенденция экологического улучшения ДВС», «Влияние ДВС на экологическую ситуацию» 5. Подведение итогов. 6. Домашнее задание: §22,24; №1144.
pismo.netnado.ru
