Документ 4404657

Лекция №8
Термодинамика процесса сгорания топливновоздушных смесей Процессы расширения и выпуска
Динамика
процесса
сгорания
описывается
характеристикой
тепловыделения, которая определяется отношением текущего значения
теплоты выделившейся в процессе сгорания к общему количеству
поступившей за цикл теплоты.
i 
Qi
Qц
Основные параметры состояния рабочей смеси на участке сгорания
определяются из общего уравнения первого закона термодинамики.
Для двигателей с искровым зажиганием:
z 
H u  H u
хим
M 1 1   r 
 (mcv1 ) ttco  t c   g  (mcv" ) ttoz  t z
Для дизельных двигателей:
z 
c
Hu
 (mcv' ) tto  t c  8.314    t c  2270(   д ) 
M 1 1   r 


  д  (mсv" ) ttoz  8.314  t z
Характеристическое уравнение состояния рабочего тела в начале и
конце сгорания с учетом изменения состава и числа молей позволяет
определить максимальное давление цикла Pz
PzVz M 2  M r Tz


PcVc M 1  M r Tc
Для цикла с подводом теплоты при =const Vz=Vc
Pz
T
 g  z
Pc
Tc
и
Pz  Pc   g 
Tz
Tc
Для цикла со смешанным подводом теплоты
Pz = Pc
Значение степени повышения давления  принимается из расчета
ограничения максимального давления в пределах
Pzmax = 1012МПа.
Процесс расширения. Процесс расширения, в большей степени,
представляет механическое перемещение поршня от ВМТ к НМТ, под
действием физических сил давления газов. На участке процесса расширения
совершается один из главных процессов цикла, превращение подведенной
тепловой энергии в механическую работу вращения коленчатого вала
двигателя с преодолением внешних сопротивлений.
Процесс расширения носит политропный характер с интенсивным
теплообменом через стенки цилиндра. Интенсивность определяется
параметрами состояния рабочего тела на участке расширения и тепловым
состоянием цилиндро-поршневой группы. Значения показателя политропы
расширения изменяется в пределах n2=1.2...1.28. Конечные значения
параметров к моменту завершения процесса расширения определяются из
ниже приведенных зависимостей.
Для двигателей с внешним смесеобразованием и зажиганием смеси от
электрической искры.
Рв  Pz    n2
Tв  Tz   1 n2
Для дизельных двигателей с учетом завершения процесса сгорания в
точке максимального давления P Z значения параметров к моменту
завершения политропного расширения определится из зависимостей
P  P 

n2
Z
T  T 
Z
Z
1
n2 ,
где  - степень последующего расширения после завершения процесса
подвода теплоты.



Таким образом, в реальных условиях конечные значения параметров
процесса расширения в большей степени определяются качеством
организации и развития процесса сгорания и характером протекания
теплообмена на участке расширения. Так, при высоком уровне организации
процесса сгорания большая часть теплоты подводится в основной фазе, доля
топлива догорающего на завершающей стадии догорания уменьшается,
соответственно, уменьшаются тепловые потери на участке расширения. Это
обеспечивает и повышение общих показателей рабочего цикла.
Процесс выпуска. Основное назначение – обеспечить освобождение
рабочего объема цилиндра от отработавших газов. Процесс выпуска
отработавших газов начинается с момента открытия выпускного клапана.
Первоначально под действием избыточного давления конца расширения Pb
=0,3…0,5 МПа, истечение происходит с критической скоростью 500-600м/с.
К моменту достижения поршнем НМТ на такте завершения процесса
расширения количество отработавших газов покинувших объем цилиндра
составляет 60-70%. На данном этапе процесс сопровождается резким
характерным шумом для двигателя. Остальная часть отработавших газов
принудительного выталкивается поршнем на такте его перемещения от НМТ
к ВМТ. Работа, затрачиваемая на выталкивание отработавших газов, во
многом зависит от своевременного открытия выпускного клапана и давления
в объеме цилиндра к моменту НМТ поршня, которое необходимо
преодолевать при дальнейшем перемещении поршня к ВМТ. Качество
очистки цилиндра от отработавших газов можно повысить за счет
правильного подбора фаз газораспределения, использования колебательных
процессов и упрощение системы шумогашения в системе выпуска.
Например, разделение трубопроводов по цилиндрам, увеличение объемного
пространства шумопоглотителей, использование других конструкторских
решений.