Параметры конца процесса сжатия

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышается температура и давление ра­бочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

Давление (МПа) и температура (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем n₁:

           

Данные о изменениях давления и температуры в конце сжатия в современных автомобильных и тракторных двигателях приведены в табл. 11.

 

Таблица 11

Тип двигателя	p с, МПа	T с, °К
Карбюраторный	0,9…2,0	600…800
Быстроходный дизельный	3,5…5,5	700…900

 

Для дизелей с наддувом значения p _с и T _с повышаются в зави­симости от степени наддува.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия (кДж/(кмоль×К):

а) свежей смеси (воздуха)

 

 ,

где  

б) средняя мольная теплоемкость остаточных газов опре­деляется для

 карбюраторных двигателей по табл. 1 приложения мето­дом экстраполяции,

 для дизелей - по табл. 2 приложения методом интер­поляции;

в) рабочей смеси (свежая смесь + остаточные газы)

.

 

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

.

 

Коэффициент изменения рабочей смеси

 

 

Теплота сгорания рабочей смеси в карбюраторных двигателях

 

,

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

 

.

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях

 

.

 

Среднюю мольную теплоемкость продуктов сгорания определяют как теплоемкость смеси газов, кДк/(кмоль×К)

,

 где 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 () 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 () 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 a, 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 x_z - коэффициент использования теплоты, который изменяется с изменением скоростного режима работы двигателя.

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

 

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

 ,

 

где l - степень повышения давления,

 

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

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

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

в) для дизелей с наддувом l = 1,5.

Коэффициент использования теплоты e_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.

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

.

Для дизелей

 .

Степень предварительного расширения

.

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

 

Таблица 12

Тип двигателя	Tz, °К	p z, 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 a, а следова­тельно, и больших потерь теплоты на нагревание воздуха.

Параметры конца расширения

 В результате процесса рас­ширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в меха­ническую работу.

Значения давления (МПа) и температуры (К) в конце процесса расширения для карбюраторных двигателей составляют:

Для дизелей

где d - степень последующего расширения для дизелей,

Ранее принятую температуру остаточных газов проверяют по формуле

Примерные значения давления p_b и температуры T_b для сов­ременных автомобильных и тракторных двигателей без наддува (на номинальном режиме) приведены в табл. 13.

 

Таблица 13