2015-05-05
1619
Рабочим телом называется вещество, при помощи которого осуществляется действительный рабочий цикл двигателя. Для двигателей внутреннего сгорания рабочее тело состоит из атмосферного воздуха, топлива и продуктов его сгорания.
2.1.1 Топливо
Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, выделяется при химических реакциях сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя.
Физико-химические свойства топлив, применяемых в автомобильных двигателях, должны отвечать определенным требованиям, зависящим от типа двигателя, особенностей его конструкции, параметров рабочего процесса и условий эксплуатации. Состав топлива и его параметры в соответствии с заданием принимаются по таблицам 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1 – Зависимость октанового числа бензина от степени сжатия автомобильного двигателя
| Степень сжатия | 6,5…7,5 | 7,6…8,5 | 8,5…10,0 | 10,0…12,00 |
| Марка бензина по ГОСТ 2084-77 | А-72 | А-76 | АИ-91 АИ-93 АИ-95 | - |
| Марка бензина по ГОСТ Р 51105-97 | - | Нормаль-80 | Регуляр-91 Регуляр-92 Преиум-95 | Супер-98 |
| Марка бензина по ГОСТ Р 51866-2002 | - | - | Регуляр Евро-92 Премиум Евро-95 | Супер Евро-98 |
Таблица 2.2 - Ассортимент марок дизельного топлива
|
|
|
| Показатель | Нормы для марок | ||
| ГОСТ 305-82 | ГОСТ Р 52368-2005 | ||
| Л | З | ДТ ЕВРО | |
| Цетановое число, не менее |
Принимается элементарный состав топлива по таблице 2.3
Таблица 2.3 – Химический состав автомобильных топлив
| Топливо | Содержание в 1 кг | Молекулярная масса mТ, г/моль | ||
| Углерода С | Водорода Н | Кислорода О | ||
| Бензин | 0,855 | 0,145 | – | 110…120 |
| Дизельное топливо | 0,870 | 0,126 | 0,004 | 180…200 |
Выбранный состав топлива отвечает условию
.
При тепловом расчёте ДВС пользуются значением низшей теплоты сгорания топлива, под которой понимается количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива без учета теплоты конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания Нuв кДж/кг определяется по формуле Д.И. Менделеева
где S и W – массовые доли серы и влаги в топливе.
В расчетах принимается S = 0, W = 0.
2.1.2 Горючая смесь
Для приготовления горючей смеси используется топливо и воздух. В двигателях с искровым зажиганием горючая смесь, приготовленная из мелко-распыленного топлива и воздуха в карбюраторе, поступает в цилиндр в процессе впуска. В дизеле топливовоздушная смесь образуется в камере сгорания за время впрыска топлива в конце процесса сжатия и в течение процесса сгорания.
Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива в кг возд/кг топл.
|
|
|
или в кмоль возд/кг топл
В зависимости от условий работы двигателя на каждую единицу топлива приходится количество воздуха, большее или меньшее теоретически необходимого. Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха.
Действительное количество воздуха L в кмоль возд/кг топл определяется по формуле
где α - коэффициент избытка воздуха.
Значение коэффициента α зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.
Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения α:
- карбюраторные двигатели 0,85…0,98;
- дизельные двигатели 1,3…1,7;
- дизели с наддувом 1,5…2,0.
Уменьшение коэффициента избытка воздуха двигателей до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряжённость двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов.
Количество горючей смеси М1в кмоль гор.см/кг топл определяется по формуле
где mТ – молекулярная масса паров топлива, г/моль.
Величина mТ выбирается по таблице 2.3.
2.1.3 Продукты сгорания
Количество продуктов сгорания для карбюраторных двигателей определяется по формуле (2.7), а для двигателей с воспламенением от сжатия по формуле (2.13).
При неполном сгорании топлива (при α < 1,0) продукты сгорания представляют собой смесь оксида углерода СО, углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, свободного водорода Н2и азота N2.
Общее количество продуктов М2 неполного сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяется по формуле
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяются по следующим формулам:
,
,
,
,
.
где k – константа, зависящая от отношения количества водорода и оксида углерода в продуктах сгорания; для бензинов k = 0,45…0,5.
При полном сгорании топлива (при α > 1,0) продукты сгорания состоят из углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, избыточного кислорода О2и азота N2.
Общее количество продуктов полного сгорания М2 в кмоль пр.сг/кг топл определяется по формуле
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяются по следующим формулам:
,
,
,
.
Для жидкого топлива количество молей продуктов сгорания всегда больше, чем количество молей горючей смеси. Это происходит вследствие химических реакций распада молекул топлива при сгорании и образования новых молекул.
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в ∆М в кмоль /кг топл определяется по формуле
Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси, который определяется по формуле
