5.6. Расчет процесса сгорания топлива

Расчет процесса сгорания предусматривает определение доли выгоревшего топлива, скорости сгорания, вычисление температуры и давления в цилиндре в разное время.

Уравнение выгорания топлива, поданного форсункой в распыленном виде в камеру сгорания, зависит в основном от характера сгорания m и отношения величины текущего времени t к продолжительности сгорания t_Z [6]:

. (5.28)

Показатель сгорания m определяет характер развития процесса сгорания и зависит от сорта топлива (цетанового числа), качества распыливания, угла опережения впрыска, процесса смесеобразования, степени сжатия и давления наддува. В современных дизелях с объемным смесеобразованием и высокой турбулентностью сгорания величина m лежит в пределах от 0 до 1,5. Продолжительность сгорания достигает 60 − 75⁰ поворота коленчатого вала.

На рис. 5.9 показаны зависимости изменения доли сгоревшего топлива Х от величины m и относительного времени t/t_z [6].

Для бензиновых двигателей величина m лежит в пределах 2 − 5. Данную характеристику можно назвать интегральной, так как по ней определяют суммарное количество выгоревшего топлива в любой момент времени.

Рис. 5.9. Зависимость доли сгоревшего топлива от величин m и t/t_z

Скорость сгорания топлива находится из выражения (5.29), и её изменение от величины m и относительного времени t/t_z показаны на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Зависимость скорости сгорания от величин m и t/t_z

Данную характеристику можно назвать дифференциальной, так как по ней определяют часть сгоревшего топлива в данный момент времени. Под кривой, например, с m =1 определяют общее количество сгоревшего топлива.

. (5.29)

Для определения давления и температуры весь процесс сгорания (от точки 2 до точки 4 см. рис. 5.8) топлива разбиваем на отдельные небольшие участки. Для каждого участка уравнение первого закона термодинамики будет иметь вид

, (5.30)

где − использованная теплота сгорания топлива, приходящаяся на участок 1  2; − средняя теплоемкость при постоянном объеме на участке 1  2; T₁ и T₂ − абсолютные температуры в начале и конце участка 1  2.

Принимая разность аргумента v₁ – v₂ (удельных объемов) достаточно малыми, можно записать

. (5.31)

Доля топлива, сгоревшая на участке 1 2,

, (5.32)

где q_z − общая удельная использованная теплота сгорания.

Заменим в выражении (5.30) значения температуры соответствующим давлением, используя уравнение состояния газа pv =RT. Применяя уравнение c_p - c_v = R и введя отношение средних теплоемкостей на участке 1  2 к = c_{p /} c_v , вычислим значение р₂ (величина р₁ известна). Определив давление, находим температуру в процессе сгорания топлива по методике [6].

С использованием данной методики уточнен тепловой расчет, позволяющий определять долю сгоревшего топлива, скорость сгорания, температуру и давление в цилиндре бензиновых и дизельных двигателей.

По содержанию данной главы следует отметить:

1. Рассмотрено устройство, принцип действия двигателя внутреннего сгорания и дан анализ индикаторной диаграммы.

2. Приведена методика построения индикаторной диаграммы двигателя с использованием «текущей» величины сжатия и «текущей» степени расширения, определена индикаторная работа расчетно-графическим методом и путем интегрирования.

3. Дан пример построения индикаторной диаграммы бензинового двигателя и ее анализ.

4. Для экспериментального определения давления в цилиндре двигателя предложена конструкция тензометрического датчика, позволяющая дополнительно определять техническое состояние двигателя.

5. Приведен расчет процесса сгорания топлива по методике профессора И.И. Вибе [6], составлена программа теплового расчета двигателя внутреннего сгорания.