Параметры процесса сгорания

Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси в карбюраторных двигателях и свежей смеси в дизелях

₀ = M₂ / M₁.

Коэффициент молекулярного изменения, отнесенный к рабочей смеси

 = (₀ + _r)/(1 + _r).

Теплота сгорания рабочей смеси в карбюраторных двигателях

H_раб.см = (H_u - H_u)/[M₁(1+_r)],

где H_u - количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива (кДж/кг), определяемое по формуле

H_u = 119950(1-)L₀.

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях

H_раб.см. = H_u/[M₁(1+_r)] .

Среднюю мольную теплоемкость продуктов сгорания определяют как теплоемкость смеси газов, кДж/(кмольК)

,

где r_i = M_i / M_r - объемная доля каждого газа, входящего в данную смесь;

- средняя мольная теплоемкость каждого газа, входящего в данную смесь при температуре смеси t_z

При полном сгорании топлива (1) продукты сгорания состоят из смеси углекислого газа, водяных паров, азота и кислорода. При этом

где t_o - температура, равная 0°С; t_z - температура смеси в конце видимого сгорания, °С.

При неполном сгорании (<1) продукта сгорания состоят из смеси углекислого газа, окиси углерода, водяного пара, свободного водорода и азота. При этом

Значения средней мольной теплоемкости продуктов сгорания бензина (С = 0,855; Н = 0,145), в зависимости от , приведены в табл. 1 приложения, а значения средней мольной теплоемкости продуктов сгорания дизельного топлива (С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004) - в табл. 2 приложения.

В табл. 3 приложения значения средних мольных теплоемкостей некоторых газов даны при постоянном объеме, а в табл. 4 приведены эмпирические формулы, полученные на основании анализа табличных данных. Отклонения значений средних мольных теплоемкостей, полученных по эмпирическим формулам, от табличных значений не превышают 1,8%.

Температура в конце видимого процесса сгорания в карбюраторных двигателях определяется из уравнения

,

где _z - коэффициент использования теплоты, который изменяется с изменением скоростного режима работы двигателя.

При изменении частоты вращения коленчатого вала коэффициент _z ориентировочно принимается (рис. 1) в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей. При этом

T_z = t_z+273.

Температура в конце видимого процесса сгорания в дизелях определяется из уравнения сгорания

,

где  - степень повышения давления,  = p_z/p_c.

Величина степени повышения давления для дизелей устанавливается по опытным данным в основном в зависимости от топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. Кроме того, на величину  оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет (для дизелей с неразделенной камерой сгорания и объемным смесеобразованием  = 1,6...2,5; для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также для дизелей с неразделенными камерами и пленочным смесеобразованием  = 1,2...1,8; для дизелей с наддувом величина  определяется допустимыми значениями давления и температуры в концевидимого процесса сгорания – 10...12 МПа).

В уравнение сгорания входят две неизвестные величины: температура видимого сгорания t_z и теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме (mc”_v)^t0_tz или при постоянном давлении (mc”_р)^t0_tz. При использовании для определения (mc”_v)^t0_tz или (mc”_р)^t0_tz приближенных формул (см. табл. 4. приложения), уравнение сгорания после подстановки в них числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований принимает вид уравнения второго порядка относительно t_z:

At_z² + Bt_z – C = 0,

где A,B и C – числовые значения известных величин, определенных при определении значений теплоемкостей. После решения этого уравнения определяется T_z = t_z + 273.

Величина степени повышения давления для дизелей устанавливается по опытным данным в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. Кроме того, на величину  оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет:

а) для дизелей с нераздельными камерами сгорания и объемным смесеобразованием  = 1,6 ... 2,5;

б) для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также для дизелей с нераздельными камерами и пленочным смесеобразованием  = 1,2 ... 1,8;

в) для дизелей с наддувом  = 1,5.

Коэффициент использования теплоты _z для современных дизелей с нераздельными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием для двигателей без наддува можно принять равным 0,82 , а при наддуве в связи с повышением теплонапряженности двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания – 0,86 (см. рис. 1).

Зная температуру в конце видимого сгорания для карбюраторного двигателя, определяют давление p_z (МПа):

p_z = p_c T_z / T_c.

Для дизелей

p_z =  p_c .

Степень предварительного расширения

 = (/)(T_z/T_c).

Данные значений температуры и давления конца сгорания для современных автомобильных и тракторных двигателей при работе с полной нагрузкой приведены в табл. 12.

Таблица 12

Параметры в точке максимального давления

Тип двигателя	Tz , °К	pz , МПа
Карбюраторный	2400…2900	3,5…7,5
Газовый	2200…2500	2,5…4,5
Дизельный	1800…2300	5…12

Более низкие температуры конца сгорания у дизелей по сравнению с карбюраторными и газовыми двигателями являются следствием большой величины коэффициента избытка воздуха , а, следовательно, и больших потерь теплоты на нагревание воздуха.