2020-04-07
492
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.
Изменение давления в процессе сгорания топлива в двигателе, с воспламенением от искры показано на Рисунок 7.14., а в дизеле - на Рисунок 7.15. Кривые с’fс”zД схематически показывают действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе сгорания. В реальных двигателях процесс сгорания, точнее — догорания топлива, продолжается и за точкой zД на линии расширения.
На характер протекания процесса сгорания оказывает влияние большое число различных факторов: параметры процессов впуска и сжатия, качество распыливания топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя и т. д. Зависимость параметров процесса сгорания от целого ряда факторов, а также физико-химическая сущность процесса сгорания моторных топлив пока что изучены недостаточно полно.
С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит при V=соnst, т. е. по изохоре (Рисунок 7.14., прямая сс”z), а в двигателях с воспламенением от сжатия - при V=соnst и Р=соnst, т. е. по циклу со смешанным подводом теплоты (Рисунок 7.15., 7.24 ). Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания (точки z и zД), а для дизеля - и объема Vz.
Рисунок 7.14. Изменение давления в процессе сгорания в двигателе с воспламенением от искры.
Температура газа Тz в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики, согласно которому dQ=DU+dL. Применительно к автомобильным и тракторным двигателям:
Hu-Qпот=(Uz-Uc)+Lcx – сгорание при а 
1, (7.29)
(Hu– 
Hu) – Qпот = (Uz – Uc)+ Lcx – сгорание при а <1 (7.30)
Рисунок 7.15 Изменение давления в процессе сгорания в дизеле.
где Hu – низшая теплота сгорания топлива, кДж;
Qпот –потери теплоты вследствие теплоотдачи, догорания топлива на линии расширения и диссоциации., кДж;
Uz –внутренняя энергия газов в конце видимого сгорания, кДж;
Uc – внутренняя энергия рабочей смеси в конце сжатая, кДж;
Lcx –теплота, идущая на работу расширении газов от точки с до точки z (для двигателей с воспламенением от искры Lcx =0), кДж.
Тепловой баланс на участках сz можно записать в более
краткой форме:
ζz Нu=(Uz-Uc)+Lcx, (7.31)
ζz (Нu— 
Нu)=(Uz-Uc)+Lcx, (7.32)
где ζz = [(Hu- Hu)-Qпот]/(Hu- Hu) – коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания сz.
Коэффициент ζz выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа (Uz— Uc) и на совершение работы Lcx.
Величина коэффициента использования теплоты принимается на основе экспериментальных данных в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала.
По опытным данным величина ζz при работе двигателей с полной нагрузкой изменяется в пределах:
Для двигателей с электронным впрыском………………………… 0,90 — 0,96
Для карбюраторных двигателей…………………………………….0,80 — 0,95
Для быстроходных дизелей с неразделенными камерами сгорания………………………………………………………………0,70 — 0,88
Для дизелей с разделенными камерами сгорания…………………0,65— 0,80
Для газовых двигателей……………………………………………..0,80 — 0,85
Меньшие значения коэффициента использования теплоты характерны для двигателей с несовершенным смесеобразованием. Величина ζz повышается за счет сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента избытка воздуха, обеспечивающего увеличение скорости сгорания рабочей смеси. Величина коэффициента использования теплоты ζz зависит также от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя и, как правило, уменьшается при снижении нагрузки и частоты вращения.
Расчетные уравнения сгорания для автомобильных и тракторных двигателей получаются путем преобразований уравнений теплового баланса (7.33)и (7.34) (см. Рисунок 7.4 и 7.5, участки сz).
Hраб.см =Hu/(M1+Mr)=Hu/[M1(1+ Y r)], при а 1 (7.33)
Hраб.см = (Hu - Hu) [M1/(1+ Y r)], при а <1 (7.34)
Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты приV=const, уравнение сгорания имеет вид:
ζz Hраб.см+(mc 
) 
=μ (mc 
) 
tz (7.35)
где Нраб.см — теплота сгорания рабочей смеси, определяемая по (7.31) или (7.32);(mc 
) — средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце процесса сжатия, определяемая по Hгор.см=Hu/M1 или Hгор.см=Hu/m1;(mc ) tz— средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.
Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V=соnst и Р= соnst, уравнение сгорания имеет вид
ζz Hраб.см+((mc ) +8,315 λ) tc+ 2270(λ - μ) = μ(mc 
) tz, (7.36)
где λ=pz/pc— степень повышения давления; 2270=8,315*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 λ оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет:
для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ =1,6 
2,5;
для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а также для дизелей с неразделенными камерами и пленочным смесеобразованием
λ =1,2 
1,8;
для дизелей с наддувом величинаопределяется допустимыми значениями температуры и давленая в конце видимого процесса сгорания.
В уравнения сгорания (7.35) и (7.36)входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания tz и теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме (mc ) tzили постоянном давлении (mc ) при этой же температуре tz. Используя для определения (mc ) tzили (mc ) табличные значения, уравнения сгорания решаются относительно tz методом последовательных приближений (подбором значений tz) или решением квадратного уравнения
