5. Термохимический расчет процесса сгорания
Количество заряда
,
находящегося в цилиндре в конце сжатия,
определяется количеством свежего заряда
и остаточных газов
:
Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива определяется из стехиометрических соотношений.
В массовых единицах,
:
;
в объемных единицах
:
Количество свежего заряда , находящегося в цилиндре дизеля, кмоль/кг:
Для карбюраторных двигателей, кмоль/кг:
где
- молекулярная масса бензина,
кг/кмоль.
Количество остаточных газов в цилиндре определяется кмоль/кг,
.
Количество заряда,
находящегося в цилиндре к концу процесса
сгорания
на 1 кг
топлива, определяется количеством
продуктов сгорания и остаточных газов
:
.
Количество продуктов
сгорания
,
образующихся при сгорании 1 кг жидкого
топлива, может быть определено по
формулам, кмоль/к г:
для бедных смесей
:
или
для богатых смесей
:
В результате
сгорания топлива происходит относительное
изменение объема рабочего тела, которое
характеризуется химическим коэффициентом
молекулярного изменения
горючей смеси или действительным
коэффициентом молекулярного изменения
рабочей
смеси:
;
или
Величина находится в пределах:
для бензиновых двигателей.....................................................................1,02 - 1,12
для дизелей...............................................................................................1,01 - 1,06.
6. Термодинамический расчет процесса сгорания
Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, его физических свойств и характера процесса. Для расчетов работ их процессов
обычно пользуются
средними молярными теплоемкостями при
постоянном объеме
и
при постоянном давлении
,
между которыми существует зависимость:
.
Теплоемкость
заряда
определяется в зависимости от температуры
конца сжатия
по эмпирической формуле, кДж/(кмоль К):
.
Теплоемкость
продуктов сгорания
определяется в зависимости от температуры
и состава рабочей смеси:
при
;
при
Потери теплоты из-за химической неполноты сгорания богатых смесей, кДж/кг:
.
Коэффициент
использования теплоты
зависит от совершенства организации
процессов смесеобразования и сгорания
топлива. Значения
на номинальном режиме работы находятся
в пределах:
для двигателей с электронным впрыском............................................0,90 - 0,96
для карбюраторных двигателей.............................................................0,85 - 0,95
для дизелей с неразделенными камерами сгорания.............................0,70 - 0,88
для дизелей с разделенными камерами сгорания.................................0,65 - 0,80
Для дизелей при расчете процесса сгорания дополнительно задаются
степенью повышения
давления
,
которая для различных двигателей
находится в следующих пределах:
для дизелей с неразделенными камерами сгорания
и объемным смесеобразованием................................................................1,6 - 2,2
для дизелей с разделенными камерами сгорания
и пленочным смесеобразованием..............................................................1,4 - 1,8
Температуру в конце процесса сгорания определяют по следующим
выражениям.
для карбюраторного двигателя:
,
для дизельных двигателей:
После подстановки
перечисленных величин в одно из этих
выражений получается квадратное
уравнение типа:
и, решая его относительно
,
можно найти корни, один из которых и
есть температура конца сгорания.
Давление газов в
конце сгорания
,
МПа
дизельный двигатель
,
карбюраторный
двигатель
.
Степень повышения давления в двигателе с искровым зажиганием:
Степенью предварительного расширения в дизеле.
Параметры конца процесса сгорания приведены в таблице 6.
Таблица 6. Параметры конца процесса сгорания для различных двигателей
Двигатели |
,МПа |
, К |
Карбюраторные |
3,5-7,5 |
2400-2900 |
Дизели без наддува |
5,0-9,0 |
1800-2300 |
Дизели с наддувом |
7,0-16,0 |
2000-2500 |