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内燃機関と外燃機関

内燃機関と外燃機関. 熱力学. 熱力学の第一法則 Q ：外部から加えられた熱量 D U ：内部エネルギー変化量（温度に比例する） W ：外にした仕事. W. Q. 体積が変わらない Q = D U. 等積変化. 圧力が変わらない Q = D U + W. 等圧変化. 温度が変わらない Q = W. 等温変化. 断熱変化. 熱の出入りがない D U + W ＝０. 熱効率. 高温熱源 T H. Q H. 仕事 L. 熱機関. Q L. 低温熱源 T L. カルノー熱効率. カルノーサイクルは、理想サイクルである．

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内燃機関と外燃機関

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Presentation Transcript

  1. 内燃機関と外燃機関

  2. 熱力学 • 熱力学の第一法則 Q：外部から加えられた熱量 DU：内部エネルギー変化量（温度に比例する） W：外にした仕事 W Q

  3. 体積が変わらない Q=DU 等積変化

  4. 圧力が変わらない Q=DU+W 等圧変化

  5. 温度が変わらない Q=W 等温変化

  6. 断熱変化 熱の出入りがない DU+W＝０

  7. 熱効率 高温熱源 TH QH 仕事L 熱機関 QL 低温熱源 TL

  8. カルノー熱効率 • カルノーサイクルは、理想サイクルである． • 温度だけで決まる熱機関の理論最大熱効率 • 作動流体に依存しない 高温熱源 TH QH P 等温 仕事L 熱機関 断熱 断熱 QL 等温 V 低温熱源 TL

  9. 火花点火 ディーゼル（圧縮着火式） レシプロ 火花点火 ロータリー ガスタービンエンジン ロケットエンジン スターリングエンジン 蒸気エンジン 熱機関の分類 内燃機関 熱機関 外燃機関

  10. サイクル • サイクルとは，熱機関内の作動流体が途中で等圧，等積，等温，断熱などの状態変化をして，元の状態に戻る過程を言う． • 作動流体とは，サイクルを行う装置内部で熱の授受や体積膨張により仕事を発生する媒体のこと • 内燃機関：燃焼ガス • 外燃機関：空気，水蒸気，冷媒

  11. オットーサイクル レシプロ式内燃機関（火花点火機関やディーゼル機関）の熱サイクル 3 qin １→２：可逆断熱変化（圧縮） ２→３：等積変化（爆発） ３→４：可逆断熱変化（膨張） ４→１：等積変化（冷却・排気） 圧力 P 2 L 4 qout 理論熱効率 1 体積 V

  12. オットーサイクルの熱効率と圧縮比の関係 比熱比k=1.667 k=1.4 k=1.3 理論熱効率hth 圧縮比e

  13. ブレイトンサイクル 連続燃焼式内燃機関（ガスタービン機関）の熱サイクル 圧力 P 3 2 １→２：可逆断熱変化（圧縮） ２→３：等圧変化（爆発） ３→４：可逆断熱変化（膨張） ４→１：等圧変化（冷却・排気） 4 1 体積 V

  14. レシプロエンジンディーゼルエンジンと火花点火エンジンレシプロエンジンディーゼルエンジンと火花点火エンジン

  15. トルク（力のモーメント） p：シリンダ内圧力[Pa] A：ピストン断面積[m2] X：クランク腕長さ[m] N：回転数[rpm] 出力

  16. エンジンの形式 V型８気筒 直列４気筒

  17. エンジンの構造

  18. 吸排気バルブ機構

  19. ２サイクルレシプロエンジン

  20. ２サイクルエンジン 圧縮・膨張 排気 吸入

  21. ロータリーエンジン

  22. ロータリーエンジンの要素

  23. ディーゼルエンジンと火花点火エンジンの主な違いディーゼルエンジンと火花点火エンジンの主な違い

  24. ディーゼルエンジンと火花点火エンジンの主な違いディーゼルエンジンと火花点火エンジンの主な違い

  25. ディーゼルエンジンが地球を救う？

  26. ガスタービンエンジン • 用途 • 航空機エンジン • 非常用発電機

  27. ガスタービンエンジン

  28. ガスタービンエンジン ターボジェット ターボプロップ ターボファン

  29. ガスタービンエンジンの構成

  30. ロケットエンジン • 用途 • ミサイル • 宇宙輸送機

  31. 固体ロケットと液体ロケット

  32. 世界と日本のロケット技術

  33. 各種輸送機の燃料比

  34. 日本のロケット技術

  35. 外燃機関 • 蒸気機関 • ニューコメンの大気圧機関 • ワットの蒸気機関 • 往復式蒸気機関 • ボイラー／蒸気タービンシステム • スターリング機関

  36. レシプロ式蒸気機関

  37. ニューコメンの大気圧機関ワットの蒸気機関

  38. スターリング機関

  39. スターリングサイクル

  40. スターリング機関

  41. スターリング機関の利点と課題 • 高い熱効率 • カルノーサイクルと理論的に等しい • 熱源を選ばない • 燃焼熱以外に，太陽熱，地熱などどんな熱源でもOK • 振動・騒音が少ない • シリンダー内の爆発がない • 比出力が小さい • エンジンの単位重量あたりの出力が小さい • サイズが大きい • 大がかり • コストが高い

  42. 熱機関の熱効率 • 蒸気機関　　 １０〜２０％ • ガソリン機関 ２０〜３０％ • 蒸気タービン ２０〜４０％ • ディーゼル機関 ３０〜４０％ • スターリング機関 ２５〜３５％

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