1.4 Процесс сжатия

Процесс сжатия начинается после окончания впуска (точка а) и продолжается при движении поршня к верхней мёртвой точке.

Определяются параметры:

рс – ?

Тс – ?

Рисунок 2. К расчёту процесса сжатия

Давление в конце процесса сжатия (МПа) определяется из уравнения политропы с постоянным показателем n₁ по формуле:

					(1.13)
где	n1		–	показатель политропы сжатия (для карбюраторных двигателей n1 = 1,34…1,39; для дизелей без наддува n1 = 1,36…1,40; для дизелей с наддувом n1 = 1,35…1,38).

Температура в конце процесса сжатия (К) определяется из уравнения политропы с постоянным показателем n₁ по формуле:

(1.14)

Средняя молярная теплоёмкость (кДж/(кмоль·град)) для свежего заряда в конце сжатия (без учёта влияния остаточных газов) определяется по формуле:

(1.15)

Число молей остаточных газов определяется по формуле:

					(1.16)
где	α		–	коэффициент избытка воздуха;
	γr		–	коэффициент остаточных газов;
	Lo		–	теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг газообразного топлива, кмоль.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания определяется по формуле:

					(1.17)
где	М1		–	количество свежего заряда поступающего в цилиндр, кмоль.

1.5 Процесс сгорания

Сгорание топлива сопровождается резким повышением давления и температуры. Продолжительность процесса сгорания составляет 40…60 градусов поворота коленчатого вала.

Определяются параметры:

рz – ?

Тz – ?

Рисунок 3. К расчёту показателей процесса сгорания:

а – в карбюраторном двигателе; б – в дизельном двигателе

Для определения температуры Т_z и давления р_z в конце сгорания условно принимается, что процесс сгорания в карбюраторном двигателе (рис. 3, а) происходит при постоянном объёме (при V = const, прямая сz), а у дизелей (рис. 3, б) по смешанному циклу (при V = const и р = const, прямые сz′ и z′z).

Средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для продуктов сгорания топлива при α ≥ 1 определяется по формуле (1.18), при α < 1 по формуле (1.19):

					(1.18)
					(1.19)
где	ТZ		–	температура сгорания, К.

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси характеризует изменение объёма газов при сгорании рабочей смеси и определяется по формуле:

					(1.20)
где	М2		–	количество молей продуктов сгорания, кмоль (для сжиженного газа М2 = 32,2 кмоль);
	Мr		–	число молей остаточных газов, кмоль;
	М1		–	количество свежего заряда поступающего в цилиндр, кмоль.

Температуру в конце сгорания (К) определяют из уравнения сгорания, для газового двигателя:

						(1.21)
где				–	коэффициент использования теплоты на участке сгорания (для карбюраторных двигателей = 0,85…0,95; для дизельных двигателей = 0,7…0,9);
		Нu		–	низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3;
				–	средняя молярная теплоёмкость для свежего заряда в конце сжатия, кДж/(кмоль·град);
	Тс			–	температура в конце процесса сжатия, К.

При подстановке формулы 1.18 или 1.19 в формулу 1.21 получается уравнение второго порядка относительно Т_Z. Решая это уравнение (с использованием дифференциала), определить значение максимальной температуры цикла Т_Z.

Максимальное (теоретическое) давление в конце процесса сгорания определяется по формуле:

					(1.22)
где	рс		–	давление в конце процесса сжатия, МПа;
	β		–	действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;
	Тz		–	температуру в конце процесса сгорания, К.

Действительное значение максимального давления цикла с учётом частичного догорания на линии расширения и скругления индикаторной диаграммы в процессе сгорания определяется по формуле:

					(1.23)
где	рz		–	давление в конце процесса сгорания, МПа.

Степень повышения давления зависящая от цикловой подачи топлива, способа смесеобразования и периода задержки воспламенения определяется по формуле:

(1.24)