Параметри процесу згоряння

Процес згоряння є головним процесом робочого циклу двигунів, за час якого тепло, що виділяється внаслідок згоряння палива, йде на підвищення внутрішньої енергії та здійснення механічної роботи.

Метою розрахунку процесу згоряння є визначення температури та тиску в кінці процесу, а для дизелів – ще й об’єму V _z.

При згорянні палива дійсний коефіцієнт зміни робочої суміші (попередньо визначався коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші µ ₀) враховує наявність у робочій суміші деякої кількості залишкових газів від попереднього циклу.

Кількість молів газів після згоряння:

М _z = М ₂ +М_г. (3.41)

Розрахунковий коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші для бензинових двигунів і дизелів визначається, як відношення:

(3.42)

або за формулою:

µ = (µ ₀ + ) / ( 1 + ). (3.43)

Втрата теплоти в результаті неповного згоряння палива ΔН _u визначається за формулою:

ΔН _u = 119950 ( 1 – α) L ₀ кДж / кг. (3.44)

В результаті згоряння робочої суміші в циліндрі двигуна виділяється певна кількість теплоти, яка визначається розрахунком за формулою:

Н _рс = (Н _u – ΔН _u ) / М ₁ ( 1 + ) кДж/кмоль роб.сум. (3.45)

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння при сталому об’ємі для залишкових газів визначається за формулою:

.(3.46)

де , , , , , – середні мольні теплоємності окремих компонентів продуктів згоряння і залишкового кисню в інтервалі температур t_z... t ₀,кДж / (кмоль·К).

Для визначення середніх мольних теплоємностей компонентів суміші залежно від температури використовуються формули для температур від 1501 до 2800°С з таблиці 3.1.

Для бензинових двигунів при визначенні середньої мольної теплоємності () також використовують формулу [1]:

кДж/(кмоль·К). (3.47)

Для дизелів середня мольна теплоємність продуктів згоряння при р=const і

кДж/(кмоль·К). (3.48)

Значення коефіцієнта використання теплоти для бензинових двигунів ξ_Z = 0,85…0,95.

Значення коефіцієнта використання теплоти для дизелів визначається за дослідними даними з урахуванням кількості палива, що подається до циліндра, форми камери згоряння, наявності наддуву тощо (для дизелів ξ_z = 0,7...0,9).

Для двигунів з розподіленим впорскуванням ξ_z визначають з номограми, яку наведено на рисунку 3.1.

Температуру в кінці згоряння для бензинових двигунів (цикл з підводом тепла при V= const) визначають у такий спосіб:

(3.49)

або за формулою [1]:

(3.50)

Після підстановки відповідних значень параметрів розв’язують квадратне рівняння відносно T_z і знаходять значення останнього параметра.

Визначають тиск в кінці процесу згоряння. Для карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням (цикл з підводом тепла при V=const) тиск в кінці процесу згоряння: MПа. (3.51)

Ступінь підвищення тиску l=р _z / р _с, орієнтовно, l = 3,2…4,5.

Розрахункові значення і p _z для сучасних карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням знаходяться у межах = 2400…3300 К, р _z = 3,5…8,5 MПа.

Дійсне максимальне значення р _{z д} =0,85 р_z МПа.

Для дизеля коефіцієнт молекулярної зміни свіжої суміші:

m ₀ =M ₂ / M ₁. (3.52)

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші:

(3.53)

Теплота згоряння робочої суміші:

кДж/кмоль роб. сум. (3.54)

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння визначається за формулою, аналогічною формулі для бензинового двигуна, а саме:

(3.55)

,

Застосування наддувy при струйному сумішоутворенні підвищує теплостійкість двигуна і створює сприятливі умови для протікання процесу згоряння. Значення коефіцієнта використання теплоти визначається за дослідними даними з урахуванням кількості палива, що подається до циліндрів, форми камери згоряння та ін. Це дозволяє прийняти коефіцієнт використання теплоти ξ _z = 0,7...0,9.

Ступінь підвищення тиску в дизелі в основному залежить від величини циклової подачі палива та від камери згоряння.

Орієнтовно значення ступіня підвищення тиску приймають:

– для дизелів з нерозділеними камерами згоряння та об’ємним сумішоутворенням l= 1,6…2,5;

– для дизелів з нерозділеними камерами згоряння та плівочним сумішоутворенням, передкамерних та вихрекамерних дизелів l =1,2…1,8. З метою зниження навантажень на деталі кривошипно-шатунного механізму необхідно слідкувати, щоб максимальний тиск згоряння не перевер –ував перевищував 12 МПа.

Температура в кінці процесу згоряння для дизелів (цикл з підводом тепла при V=const і р=const) визначається за формулою: (3.56)

де l= рz / рc - ступінь підвищення тиску. Спочатку l приймають за рекомендаціями (орієнтовно – l=1,6), які наведено раніше, а потім – уточнюють за результатами розрахунку. Для визначення температури в кінці згоряння дизеля і двигуна з розподіленим впорскуванням палива відповідно рекомендуються рівняння [1]: (3.57) (3.58) В усіх випадках після підстановки відповідних значень параметрів розв’язують квадратне рівняння відносно Tz і знаходять його значення. Для дизеля визначають максимальний тиск в кінці

процесу згоряння:

р_z= l · р_c МПа, (3.59)

а також ступінь попереднього розширення:

(3.60)

Для двигуна з розподіленим впорскуванням тиск в кінці процесу згоряння:

МПа, (3.61)

а дійсний максимальний тиск в кінці процесу згоряння:

р _{z д} =0,85 р_z МПа. (3.62)

Ступінь підвищення тиску уточнюється за формулою:

l=р_z / р_с . (3.63)

Дата добавления: 2014-11-26