Название: Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий - Методические указания (В.П. Гилета)

Жанр: Технические

Просмотров: 1145


Процесс сгорания

 

С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит при

V = const, т.е. по изохоре, а в двигателях с воспламенением от сжатия – при V = const и р = const, т.е. по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 1.3, 1.4).

Состояние рабочего тела в процессе сгорания характеризуют:

рz – давление в конце видимого сгорания;

Tz – температура в конце видимого сгорания;

Vz – объем, освобождаемый поршнем в процессе предварительного расширения, м3 (для дизеля).

Рис. 1.2. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k1

 

Рис. 1.3. Изменение давления в процессе

сгорания в двигателе с воспламенением

от искры

 

 

Рис. 1.4. Изменение давления в процессе

сгорания в дизеле

Давление в конце видимого сгорания рz зависит от характера осуществления цикла.

Для двигателей, работающих с подводом теплоты при

V = const, давление рz (МПа)

рz = pcµTz/Tc,                                         (1.21)

где µ – действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси (см. приложение).

Степень повышения давления

λ = рz/pc.                                           (1.22)

Для бензиновых двигателей λ = 3,2…4,2.

Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты V = const, p = const (дизели)

рz = λ pc,                                              (1.23)

а степень предварительного расширения

.                                  (1.24)

Для дизелей ρ = 1,2…1,7.

Объем, освобождаемый поршнем в процессе предварительного расширения Vz,

Vz – Vc = Vc(ρ – 1).                                       (1.25)

Температура газа Tz (К) в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики.

Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V = const, уравнение сгорания имеет вид:

,                      (1.26)

где ξz – коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания cz; Нраб.см – теплота сгорания рабочей смеси (МДж/кмоль раб см);  – средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце процесса сжатия, кДж/(кмоль·град);  – средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кмоль·град).

Теплота сгорания рабочей смеси определяется:

при α ≥1

Нраб.см = Ни/[М1(1 + γr)],                                       (1.27)

при α <1

Нраб.см = (Ни – ΔНи)/[М1(1 + γr)],                              (1.28)

где Ни – низшая теплота сгорания топлива (МДж/кг). Для бензина Ни = 44 МДж/кг, для дизельного топлива Ни = 42,5 МДж/кг; М1 – количество горючей смеси (кмоль гор. см/кг топл.) (см. приложение); ΔНи – потеря теплоты (МДж/кг) из-за неполного сгорания топлива

ΔНи = 119,95(1 – α)L0.                                        (1.29)

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси (свежая смесь + остаточные газы) определяется по уравнению

,             (1.30)

где  – средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия [кДж/(кмоль·град)] принимается равной теплоемкости воздуха и определяется по формуле из табл. П.2;  – средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия [кДж/(кмоль·град)] определяется по табл. П.3 для бензина или по табл. П.4 для дизельного топлива.

Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V = const и р = const уравнение сгорания имеет вид

, (1.31)

где λ = pz/pc – степень повышения давления; 2270 = 8,315·273.

Для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ =1,6…2,5.

Для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также для дизелей с неразделенными камерами сгорания и пленочным смесеобразованием λ =1,2…1,8.

В уравнения сгорания (26) и (31) входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания tz и теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме  или постоянном давлении  при той же температуре tz. Используя для определения  и  формулы табл. П.2, уравнения сгорания после подстановки в них числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований можно привести к уравнениям второго порядка

Atz2 + Btz – C = 0,                                         (1.32)

где А, В, и С – числовые значения известных величин.

Откуда

, °С и Tz = tz + 273 K .

Значения температуры и давления в конце сгорания для  автомобильных и тракторных двигателей при работе с полной нагрузкой  изменяются в следующих пределах:

для бензиновых двигателей

Tz = 2400…3100 К

pz = 3,5…7,5 МПа

pzд = 3,0…6,5 МПа

для дизелей

Tz = 1800…2300 К

pz = pzд = 5,0…12,0 МПа