1.5. Процесс сгорания

1.5.1. Количество воздуха, необходимое для сгорания

Основным видом топлива для большинства ДВС является жидкое топливо, полученное в результате перегонки нефти.

Если обозначить массовые доли отдельных компонентов знаками соответствующих химических элементов, то для 1 кг топлива можно записать

.

Основные характеристики средних по составу жидких моторных топлив приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Топливо	С	Н	О	т, кг/кмоль	Qн, кДж/кг
Автомобильный бензин	0,855	0,145	–	100…120	44000
Дизельное топливо	0,870	0,126	0,004	180…200	42500

Количество воздуха в кмоль, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, можно определить по формуле

, (1.14)

или, выражая количество воздуха в килограммах:

. (1.15)

В реальных двигателях, особенно дизельных, невозможно получить однородную топливно-воздушную смесь. Неизбежна неодинаковая концентрация топлива в различных точках камеры сгорания. Поэтому для обеспечения полного сгорания топлива в цилиндр нужно подавать больше воздуха, чем теоретически необходимо.

Отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха.

Рекомендуемые пределы значений коэффициента избытка воздуха для различных двигателей (на номинальной мощности) даны в таблице 1.6.

1.5.2. Коэффициенты молекулярного изменения

В процессе сгорания изменяется количество молей газа в цилиндре двигателя.

Отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей свежего заряда называется теоретическим коэффициентом молекулярного изменения ₀.

Для карбюраторных двигателей при   1.

, (1.16)

где _т – молекулярная масса топлива.

Для карбюраторных двигателей при  < 1

. (1.17)

Для дизелей

(1.18)

Теоретический коэффициент молекулярного изменения не учитывает наличие в цилиндре остаточных газов. В.И. Гриневецкий ввел понятие действительного коэффициента молекулярного изменения .

Отношение количества молей газа в цилиндре в конце процесса сгорания к количеству молей газа в начале процесса сгорания называется действительным коэффициентом молекулярного изменения

. (1.19)

Численные значения действительного коэффициента молекулярного изменения находятся в пределах  = 1,06…1,12 для карбюраторных двигателей и  = 1,02…1,05 для дизелей.

1.5.3. Определение температуры и давления в конце процесса сгорания

Температуру в конце процесса сгорания Т_z определяют из уравнения сгорания:

• для карбюраторных двигателей

(1.20)

• для дизельных двигателей

(1.21)

где _z – коэффициент использования теплоты до точки z (см. табл. 1.6);

_т – молекулярная масса топлива (см. табл. 1.5), кг/кмоль;

Q_н – низшая теплота сгорания топлива (см. табл. 1.5), кДж/кг;

Q_н – потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания в карбюраторных двигателях при  < 1, кДж/кг

(1.22)

при   1 Q_н = 0;

с_vmc – средняя удельная мольная изохорная теплоемкость свежего заряда в конце процесса сжатия, кДж/(кмоль К)

(1.23)

с_vmz – средняя удельная мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кмоль К) (в конце процесса сгорания):

• при   1 (1.24)

• при  < 1 (1.25)

R = 8,314 – универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль К);

– степень повышения давления;

р_z – максимальное давление сгорания принимается в зависимости от конструкции и типа двигателя, ориентируясь на достигнутую в реальных двигателях данного типа величину (см. табл. 1.6), бар;

_z – действительный коэффициент молекулярного изменения до точки z;

, (1.26)

где – доля топлива, сгоревшего до точки z;

_b – полный коэффициент использования теплоты (см.табл.1.6).

Степень предварительного расширения  для дизелей определяется по формуле

. (1.27)

Численные значения основных параметров процесса сгорания при работе двигателя на номинальном режиме приведены в таблице 1.6.