1.4. Расчет параметров сжатия

Средний показатель политропы сжатия n₁ можно определить по эмпирической формуле:

где n - частота вращения коленчатого вала.

Давление в конце такта сжатия:

р_с = р_аeⁿ₁

р_с = 0,9...2,0 МПа - карбюраторные двигатели; р_с = 3,5...5,5 МПа - дизели.

Температура в конце сжатия:

Т_с = Т_аe⁽ⁿ₁^-1)

Т_с = 600...900 К - карбюраторные двигатели; Т_с = 700...900 - дизели.

1.5. Расчет параметров сгорания

Расчет производится на основе уравнения сгорания.

Карбюраторный двигатель:

, (1.5.1)

где H_u- низшая теплотворная способность топлива(табл. 1.1).

DH_u = 119950 (1-a)L_о - потеря тепла в связи с неполнотой сгорания жидкого топлива при a<1(кДж/кг);

x - коэффициент использования тепла. Его принимают равным:

0,8...0,95 - карбюраторные двигатели; 0,65...0,88 - дизели;

Величина коэффициента использования теплоты при сгорании ξz

находится в пределах:

для карбюраторных двигателей 0,80…0,95;

для быстроходных дизелей с неразделенными камерами сгорания 0,70…0,88;

для дизелей с разделенными камерами сгорания 0,65...0,80;

для газовых двигателей 0,80...0,85.

b - расчетный коэффициент молекулярного изменения.

b = М_z/M_c = (M₂+M_r)/(M₁+M_r) (1.5.2)

где M_r=agL_o -число молей остаточных газов;

С_vc и C_vz - соответственно средняя молярная теплоемкость свежего заряда в конце сжатия и продуктов сгорания и в конце сгорания.

С_vc=20,1+1,73610^-3Т_с; (1.5.3)

С_vz=(18,4+2,59a)+(15,5+13,8a)10^-4Т_z. (1.5.4)

Дизельный двигатель:

4((С_vс+8,315l)Т_с+xH_u/aL_o(1+g))=bC_pzT_z, (1.5.5)

где l - степень повышения давления. Принимается в пределах:

1,6...2,5 - дизели с неразделенными камерами сгорания; 1,2...1,8 - дизели с разделенными камерами сгорания; дизели с наддувом – 1,4…1,7; 3,6...4,0 - бензиновые.

С_рz - средняя молярная теплоемкость для продуктов сгорания дизеля.

С_рz = 8,315+(20+0,92/a)+(13,8/a+15,5) 10^-4T_z

После подстановки теплоемкостей (1.5.3), (1.5.4) и всех известных величин в уравнение сгорания (1.5.5), получаем квадратное уравнение относительно T_z. Решение этого уравнения дает два корня, один из которых определяет температуру в конце сгорания, другой не имеет физического смысла.

Другой путь определения температуры сгорания Tz – с использованием приведенных номограмм. По первой номограмме U|₀^Tc = f (T_c) по уже известному значению температуры в конце такта сжатия Т_с определяется количество тепла в воздухе в результате его сжатия. График используется для бензиновых и дизельных двигателей.

По зависимостям, приведенным ниже определяется количество тепла, выделившегося в результате сгорания в такте рабочего хода : U|₀^Tz – для бензинового двигателя и I |₀^Tz – для дизеля

где R – газовая постоянная воздуха , R=8,314 кДж/(кмоль К); _z - коэффициент теплоиспользования; H_u – низшая теплотворная способность топлива ;  H_u – потери тепла из-за неполноты сгорания  H_u = 61600(1 - )  - коэффициент избытка воздуха.

По графикам T_z = f (U|₀^Tz) и T_z = f (I |₀^Tz) (вторая и третья номограммы)

T_z = 2200...2800 К - карбюраторные двигатели; T_z = 1800...2300 К - дизели.

Давление в конце сгорания у карбюраторного двигателя:

р_z = р_cb T_z/T_c,

у дизелей:

р_z = lр_c

р_z = 3...5 МПа - карбюраторные двигатели;

р_z = 5...12 МПа - дизели.

При выборе λ для дизелей следует руководствоваться следующими соображениями: чем выше λ, тем большее количество топливо будет сгорать при изохорном процессе. Это ведет к росту давления газов и площади индикаторной диаграммы, а, следовательно, уменьшению потери тепла и расхода топлива. Однако при большем значении λ увеличение давления газов ухудшает условия работы кривошипно-шатунного механизма, повышает шумность работы двигателя и снижает его механический КПД. Особенно сильно это сказывается на двигателях с наддувом, а потому, чтобы не допустить чрезмерной перегрузки деталей КШМ, для двигателей с наддувом нужно принимать меньшие значения λ (для двигателей с высоким наддувом к > 2 целесообразно λ=1,4…1,5).

При меньших значениях λ снижается экономичность двигателя, т.к. большая часть топлива сгорает при изобарном процессе, т.е. в большем объеме и при значительном теплоотводе.

Для бензиновых двигателей степень повышения давления l = р_z/р_c

Степень предварительного расширения у дизелей:

r = b T_z/ (l T_c)

Степень последующего расширения:

d = e/r

d = 10...18; r = 1,2...1,7