Document 4405106

2.2.4 Расчет параметров процесса сгорания
Сгорание смеси является основным физическим-химическим процессом
высоко-температурного превращения потенциальной энергии топлива в
тепловую энергию, с последующим изменением термодинамических
параметров и состава состояния рабочего теле в рабочем цикле.
Первая часть теплоты, выделившейся при сгорании, используется на
повышение внутренней энергии и совершение работы. Вторая часть
передается в стенки камеры сгорания и днище поршня.
Доля активной теплоты
учитывается коэффициентом активного
использования теплоты  Z , и практически приравнивается к максимальному
значению коэффициента активного тепловыделения.
Значения термодинамических параметров в характерных точках цикла
PZ и TZ определяются на основе уравнения первого закона термодинамики
 z  Hu  U z  U c  l zz
'
Для рабочего цикла двигателей со смешанным подводом теплоты его
можно представить в развернутом виде
 z  Hu U c   r U c"

 8314    t c   д U z"  8314  t z 
M 1 1   r 
1  r
(22)
В двигателях с искровым зажиганием сгорание происходит (условно)
при V  const , и l Z ' Z  0 , а уравнение сгорания принимает более простой
вид
 z ( Hu  Hu хим ) U c   r  U c"

 д  U z"
М 1 (1   r )
1  r
(23)
Применительно к реальному циклу уравнение сгорания принимает вид:
для двигателей с искровым зажиганием
  Hu
z
раб.см
 ( c' ) t c  t c    ( c" ) t z  t z
v t0
д
v t0
для дизельных двигателей
  Hu
z
раб.см
 (( c' ) t c  8,314   сг )  t c  2270  (сг   ) 
v t0
д
(24)


д
 ((
c" ) tt
v
z
0
 8,314)  t z
(25)
 
где сV - средняя изохорная мольная теплоемкость газовой смеси с
составом продуктов сгорания после окисления топлива:
"
с 
"
V
1

M2







M CO2  сVCO2  M CO  сVCO  M H 2O  сVH 2O  



M


с

M


с

M


с


H2
VH 2
O2
VO2
N2
VN 2





(26)

 

где сVCO2 ,..., сVN2
- средние мольные изохорные теплоемкости
компонентов продуктов сгорания.
Средние мольные изохорные теплоемкости каждого из компонентов в
составе продуктов сгорания в диапазоне температур от 1500 до 2800 0С, с
достаточной степенью точности можно принять и использовать в виде
эмпирических зависимостей (27):
с 
tZ
VCO t
0
c 
tZ
VCO2 t
0
c 
 39,123  0,3343 102  t z
 19,678  0,1758  10 2  t z
tZ
VH 2
 22,49  0,1430 102  t z
t0
c   26,76  0,4438 10  t
c   23,723  0,1457 10  t
c   21,951  0,1457 10  t
2
tZ
VH 2O
2
tZ
VO2
t0
z
2
tZ
VN 2
(27)
z
t0
z
t0
После подстановки приведенных эмпирических зависимостей и
обязательного выполнения математических операций согласно выражению
(26)
получим выражение вида
с   a  t
"
V
где
а
и
b
z
 10 2  b ,
-- суммарные числовые коэффициенты.
 
Подставьте выражение сV  a  t z  10  b , в уравнение (24) или
(26) в правой части уравнения.
Выполните математические операции и получите выражение вида
2
"
А 102  t z2  B  t z  C  0 ,
для определения максимальной температуры цикла.
Значение максимальной температуры в рабочем цикле определите из
зависимости
 B  B2  4  A  C
Tz 
 273, К
2 A
(28)
Максимальное давление цикла для двигателя с искровым зажиганием
определяем как
Pzр   д  Pс 
Tz
, МПа
Tс
(29)
Степень повышения давления на участке сгорания
cг 
Pzр
Pc
(30)
С учетом отклонений процесса подвода теплоты при V = const в
реальных условиях, необходимо выполнить скругление максимального
давления. Для этого действительное значение максимального давления Pzд
для бензиновых двигателей с воспламенением от электрической искры
принимаем равным:
Pzд   д  Pz  0,85  Pzр
.
(31)
Для дизельных двигателей, с учетом предельно-допустимого значения
максимального давления и заданного значения степени повышения давления
сг , максимальное давление PZ
и степень предварительного расширения пр
определяются из зависимостей
Pz  сг  Pc , МПа
(32)
Значение недолжно выходить за пределы предельно допустимых
значений максимального давления и должно укладываться в пределы
9…..10МПа. При необходимости ранее принятое значение повышения
давления  cг для дизельных двигателей допускается скорректировать.
С учетом полученного значения максимальной температуры для
дизельных двигателей и смешанного подвода теплоты в реальных условиях,
определите относительную длительность второго участка предварительного
расширения, где продолжается участок с подводом теплоты при Р= const. Его
значение оценивается значением коэффициента предварительного
расширения.

пр
 д 
1
сг

Tz
Tc
(33)
Следует помнить, что увеличение длительности предварительного
расширения ρпр (его значения) и количества подводимой теплоты на этом
участке снижает общую эффективность использования теплоты и
индикаторного кпд цикла.
Значение действительного давления Рzg остается равным максимальному
расчетному значению -- Pz.
Для современных автомобильных двигателей при работе с полной
нагрузкой максимальные значения давления и температуры изменяются в
пределах
для карбюраторных двигателей Tz  2400...2900K
Pz  5,5...7,5МПа
Pzд =4,80…7,0МПа
для дизельных двигателей
Tz  2000...2300, K
Pz  Pzд  8,0...10,0МПа