
- •1. Загальні положення
- •2. Завдання на проектування
- •3. Тепловий розрахунок двигуна
- •3.1. Вибір вихідних даних
- •3.2. Параметри робочого тіла
- •3.3. Параметри навколишнього середовища і залишкових газів
- •3.4 Параметри процесу впуску
- •3.5. Параметри процесу стиску
- •3.6. Параметри процесу згоряння
- •3.7. Параметри процесу розширення
- •Параметри процесу випуску
- •Індикаторні показники робочого циклу
- •Ефективні показники двигуна Механічні показники двигуна
- •Основні розміри і параметри циліндра і двигуна
- •Тепловий баланс двигуна
- •Побудова індикаторної діаграми
- •Питання для самоперевірки
- •6. Приклади теплового розрахунку двигунів і динамічного розрахунку кривошипно-шатунного механізму
- •6.1 Бензиновий двигун
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
- •Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна аналітичним методом
- •6.2 Дизель
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
- •6.3 Двигун з розподіленим впорскуванням палива
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
3.6. Параметри процесу згоряння
Процес згоряння є головним процесом робочого циклу двигунів, за час якого тепло, що виділяється внаслідок згоряння палива, йде на підвищення внутрішньої енергії та здійснення механічної роботи.
Метою розрахунку процесу згоряння є визначення температури та тиску в кінці процесу, а для дизелів – ще й об’єму Vz.
При згорянні палива дійсний коефіцієнт зміни робочої суміші (попередньо визначався коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші µ0) враховує наявність у робочій суміші певної кількості залишкових газів від попереднього циклу.
Кількість молів газів після згоряння:
Мz = М2+Мг. (3.41)
Розрахунковий коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші для бензинових двигунів і дизелів визначається, як відношення:
(3.42)
або за формулою:
µ
= ( µ0
+
)
/ (1+
).
(3.43)
Втрата теплоти в результаті неповного згоряння палива ΔНu визначається за формулою:
ΔНu= 119950 (1 – α) L0 кДж / кг. (3.44)
В результаті згоряння робочої суміші в циліндрі двигуна виділяється певна кількість теплоти, яка визначається розрахунком за формулою:
Нрс = (Нu – ΔНu) / М1(1+ )кДж/кмоль роб.сум. (3.45)
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння при сталому об’ємі для залишкових газів визначається за формулою:
.(3.46)
де
,
,
,
,
,
–
середні мольні теплоємності окремих
компонентів продуктів згоряння і
залишкового кисню в інтервалі температур
tz
...
t0,
кДж
/ (кмоль·К).
Для визначення середніх мольних теплоємностей компонентів суміші залежно від температури використовуються формули для температур від 1501 до 2800С з таблиці 3.1.
Для
бензинових двигунів при визначенні
середньої мольної теплоємності
(
)
також використовують
формулу [1]:
кДж/(кмоль·К).
(3.47)
Для
дизелів середня мольна теплоємність
продуктів згоряння при р=const
і
кДж/(кмоль·К).
(3.48)
Значення коефіцієнта використання теплоти для бензинових двигунів
ξZ = 0,85…0,95.
Значення коефіцієнта використання теплоти для дизелів визначається за дослідними даними з урахуванням кількості палива, що подається до циліндра, форми камери згоряння, наявності наддуву тощо (для дизелів
ξz = 0,7...0,9).
Для двигунів з розподіленим впорскуванням ξz визначають з номограми, яку наведено на рисунку 3.1.
Температуру в кінці згоряння для бензинових двигунів (цикл з підводом тепла при V=const) визначають у такий спосіб:
(3.49)
або за формулою [1]:
(3.50)
Після підстановки відповідних значень параметрів розв’язують квадратне рівняння відносно Tz і знаходять значення останнього параметра.
Визначають тиск в кінці процесу згоряння. Для карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням (цикл з підводом тепла при V=const) тиск в кінці процесу згоряння:
|
|
Ступінь підвищення тиску =рz / рс ; орієнтовно, = 3,2…4,5.
Розрахункові
значення
і pz
для сучасних карбюраторних двигунів
і двигунів з розподіленим впорскуванням
знаходяться у межах
=
2400…3300 К, рz
= 3,5…8,5 MПа.
Дійсне максимальне значення рzд=0,85 рz МПа.
Для дизеля коефіцієнт молекулярної зміни свіжої суміші:
0=M2 / M1. (3.52)
Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші:
(3.53)
Теплота згоряння робочої суміші:
кДж/кмоль
роб. сум. (3.54)
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння визначається за формулою, аналогічною формулі для бензинового двигуна, а саме:
(3.55)
,
Застосування наддувy при струйному сумішоутворенні підвищує теплостійкість двигуна і створює сприятливі умови для протікання процесу згоряння. Значення коефіцієнта використання теплоти визначається за дослідними даними з урахуванням кількості палива, що подається до циліндрів, форми камери згоряння та ін. Це дозволяє прийняти коефіцієнт використання теплоти ξ z = 0,7...0,9.
Ступінь підвищення тиску в дизелі в основному залежить від величини циклової подачі палива та від камери згоряння.
Орієнтовно значення ступіня підвищення тиску приймають:
|
|
|||||
З метою зниження навантажень на деталі кривошипно - шатунного механізму необхідно слідкувати, щоб максимальний тиск згоряння не перевер –ував перевищував 12 МПа. |
|
|||||
Температура в кінці процесу згоряння для дизелів (цикл з підводом тепла при V=const і р=const) визначається за формулою:
|
|
|||||
|
рz= ·рc МПа, (3.59) |
|
Для двигуна з розподіленим впорскуванням тиск в кінці процесу згоряння визначається за формулою:
МПа,
(3.60)
а дійсний максимальний тиск в кінці процесу згоряння:
рzд=0,85·рz,МПа. (3.61)
Ступінь підвищення тиску уточнюється за формулою:
=рz / рс . (3.62)