Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Термодинамика процесса сгорания в двигателях

Теплота, выделяющаяся при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, расходуется на нагревание рабочего тела и на совершение внешней работы. Часть теплоты отводится в стенки в процессе сгорания и последующего расширения. Необходимо учитывать, что процесс завершения сгорания обычно охватывает значительную часть такта расширения и что некоторое количество выделяющейся теплоты расходуется на диссоциацию молекул продуктов сгорания при высоких температурах, превышающих 2000 К.

Процесс сопровождается затратой энергии и соответствующим снижением температуры продуктов сгорания, что лишь отчасти компенсируется увеличением числа молей.

В дальнейшем, по мере охлаждения газов в процессе расширения, происходит ассоциация молекул с выделением теплоты и одновременно заканчивается процесс догорания смеси. Однако степень использования такой дополнительной энергии для совершения полезной работы оказывается меньшей, так как степень расширения уменьшается вследствие того, что поршень к этому времени успевает пройти некоторую часть своего рабочего хода.

подсчитанного по уравнению (171), характеризует процессы тепловыделения и теплоотдачи в стенки в течение рабочего хода (рис. 70). Заштрихованная площадь на рис. 70 представляет собой потери, связанные с предварением открытия выпускного клапана.

характеризует общее количество не выделившейся в течение рабочего хода и отданной в стенки теплоты сгорания.

Теплота, отданная в стенки в конце расширения, мало влияет на общую полезную работу цикла. Основные потери составляет теплота, отданная в начале такта расширения, так как в это время разность температур образовавшихся продуктов сгорания и стенок наибольшая.

Выполнить термодинамический расчет реального рабочего процесса с учетом всей совокупности потерь, связанных с неполнотой и несвоевременностью сгорания, диссоциацией и теплоотдачей в стенки на практике крайне сложно. Поэтому в приближенных практических расчетах пользуются рядом допущений.

(рис. 71). При этом внешней работы газы в период сгорания не совершают, и вся вьцюляющаяся теплота расходуется только на увеличение их внутренней энергии.

и по смешанному циклу) общие потери теплоты сгорания вследствие его неполноты и несвоевременности, а также из-за диссоциации и теплоотдачи в стенки учитываются коэффициентом использования теплоты сгорания определяемым опытным путем.

При этом для 1 кг топлива согласно первому началу термодинамики имеем

(172)

внутренняя

(174)

, можно выразить произведенную работу (Дж) через количество рабочего тела и его температуру до и после сгорания:

(175)

После подстановки выражения (175) в уравнение (172) и некоторых преобразований получаем

(176)

действительный коэффициент молекулярного изменения),

можно представить уравнение (176) в более удобном виде

, уравнение (177) принимает более простой вид

(двигатель работает на обогащенной смеси), часть теплоты сгорания топлива не используется из-за невозможности

тогда уравнение сгорания при V = const имеет следующий вид:

подсчитывается по уравнению (108), которое пригодно для карбюраторных двигателей и для двигателей с впрыском легкого топлива.

вводится объем моля, равный 22,4 м3 при 0° С и давлении 0,1 МПа. Тогда уравнение (178) можно представить так (при условии, что а > 1):

вычисляют методом подбора (см. примеры теплового расчета, данного в приложении).

Характеристическое уравнение дает возможность выразить связь между параметрами рабочего тела в начале и в конце сгорания с учетом изменения числа молей:

(181)

и соответственно расчетное максимальное давление цикла

(182)

тогда

(183)

принимают на основании опытных данных в соответствии с типом двигателя, его быстроходностью, условиями охлаждения и конструктивными особенностями камер сгорания. Этот коэффициент зависит от нагрузочного и скоростного режимов двигателя. Низкие значения £2 указывают не только на усиленную теплоотдачу в стенки, но и на значительное догорание в процессе расширения. Ниже приведены пределы изменения коэффициента при работе с полной нагрузкой двигателей:

Карбюраторных 0,850,9

Дизелей 0,70.85 Газовых 0.80,85

и оказываются ниже расчетных. При этом верхняя часть индикаторной диаграммы будет скруглена (см. рис. 71).

Действительные значения максимальных давлений в цилиндрах бензиновых и газовых двигателей, необходимые для выполнения динамических и прочностных расчетов, определяют путем умножения

, учитывающий увеличение объема камеры сгорания к моменту достижения максимума давления, т. е.

(184)

которая обычно находится в пределах 1,42,2. Большие значения К свойственны двигателям с одно-полостными или полуразделенными камерами сгорания, меньшие двигателям с разделенными камерами, а также с пленочпым смесеобразованием. Отличие верхней части действительной индикаторной диаграммы дизеля от расчетной для цикла со смешанным подводом теплоты сводится к наличию в ней округлений (рис. 72).

Реклама