1.3 Розрахунок процесу стиску

Температуру наприкінці процесу стиску Т_с, К, обчислюють за виразом:

T_c = T_a εⁿ₁^–1;

де:

п₁ — показник політропи процесу стиску. Рекомендовані значення n₁:

• бензинові двигуни n₁ = 1,34–1,37;

• дизелі без наддуву n₁ = 1,35–1,38;

• дизелі з наддувом n₁ = 1,33–1,37;

• газові n₁ = 1,36–1,38.

Тиск наприкінці процесу стиску р_с, МПа, визначають за виразом:

p_c = p_a εⁿ₁;

Орієнтовні значення параметрів зазначені у таблиці 3.

Обчислюють середню мольну теплоємність свіжої суміші (mcν)t0tc, кДж/(кмоль×К), як теплоємність повітря при постійному об’ємі:

(mcν)t0tc = 20,6 + 0,002638t_c

де:

t_с — температура наприкінці процесу стиску, що виражена в градусах Цельсія.

Об’ємні частки компонентів у продуктах згоряння r_i:

rCO2=MCO2M2; rCO=MCOM2; rO2=MO2M2; rH2O=MH2OM2; rH2=MH2M2; rN2=MN2M2.

Середню мольну теплоємність залишкових газів при постійному об’ємі (mcν″)t0tc, кДж/(кмоль×К), обчислюють за формулою:

(mcν″)t0tc=1M2∑Mi(mcνi″)t0tc

де:

(mcνi″)t0tc — середні мольні теплоємності компонентів суміші, кДж/(кмоль×К) (Додаток В, для діапазону t = 0–1500 °°C).

Визначають середню мольну теплоємність робочої суміші (mcν′)t0tc, кДж/(кмоль×К):

(mcν′)t0tc=(mcνi)t0tc+(mcν″)t0tc1+γr

Таблиця 3 Параметри суміші наприкінці стиску
Тип двигуна	Тиск наприкінці стиску	Температура наприкінці стиску
Бензинові: карбюраторні із електронним впорскуванням	рс = 0,9–2 МПа рс = 1,0–2,5 МПа	Тс = 600–800 К
Газові	рс = 1,2–2,0 МПа	Тс = 650–750 К
Дизельні, газодизельні	рс = 3,5–5,5 МПа	Тc = 700–900 К
З наддувом	рс ≤ 9,0 МПа	Тc ≤ 1100 К

1.4 Розрахунок процесу згоряння

Приймають чисельні значення частки використання найнижчої теплоти згоряння палива x_z, що лежить у межах:

• ζ_z = 0,8–0,95 для карбюраторних бензинових двигунів;

• ζ_z = 0,9–0,96 для бензинових з електронним впорскуванням;

• ζ_z = 0,7–0,88 для дизелів з нерозділеною камерою згоряння;

• ζ_z = 0,65–0,8 для дизелів з розділеною камерою згоряння;

• ζ_z = 0,8–0,85 для газових двигунів;

• ζ_z = 0,75–0,8 для газодизелів.

Температуру газів t_z, °C, наприкінці процесу згоряння визначають з наступних рівнянь згоряння:

а) для двигунів з підведенням теплоти при V = const (бензинові і газові):

ζ_z · H_{роб.сум}. + (mcV′)t0tc · t_c = µ · (mcV″)t0tz · t_z;

б) для двигунів зі змішаним підведенням теплоти (дизелі і газодизелі):

ζ_z · H_{роб.сум}. + [(mcV′)t0tc + 8,314λ] · t_c + 2270(λ - µ) = µ · (mcP″)t0tz · t_z;

де:

l — ступінь підвищення тиску, l = p_z / p_c. Для розрахунку температури згоряння t_z дизельних двигунів рекомендується приймати попереднє значення в межах l = 1,6–2,5 для дизелів з нерозділеною камерою згоряння й об’ємним сумішоутворенням, l = 1,2–1,8 для дизелів з розділеною камерою згоряння і для дизелів з нерозділеною камерою згоряння і плівковим сумішоутворенням, l = 1,4 для дизелів з наддувом, l= 1,8–2,5 для газодизелів;

(mcV″)t0tz — середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному об’ємі, кДж/(кмоль×К);

(mcP″)t0tz — середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску, кДж/(кмоль×К).

В обидва з цих рівнянь входять дві невідомі величини — (mcV″)t0tz чи (mcP″)t0tz і шукана температура t_z. Вирішити ці рівняння можна двома способами:

1) методом послідовних наближень. При цьому за допомогою табличних значень (Додаток Г), орієнтовно задаючи t_z (діапазон значень — таблиця 4) і знаючи α, вибирають (mcV″)t0tz чи (mcP″)t0tz і вирішують рівняння згоряння, визначаючи t_z. Потім, використовуючи його отримане значення, уточнюють (mcV″)t0tz чи (mcP″)t0tz і знову визначають t_z. Процес ітерації проводиться доти, поки відмінність двох послідовних визначених значень t_z буде менш 25°C. При використанні таблиць Додатка Г варто застосовувати операцію інтерполяції, оскільки таблиці складені з шагом 100°C.

2) визначають (mcV″)t0tz чи (mcP″)t0tz у такий спосіб:

середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному об’ємі (mcV″)t0tz, кДж/(кмоль×К), визначають за формулою:

(mcν″)t0tc=1M2∑Mi(mcνi″)t0tz

де:

(mcVi″)t0tz — середні мольні теплоємності компонентів, кДж/(кмоль×К) (Додаток В, для діапазону t = 1501 – 2800 °C);

середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску (mcP″)t0tz, кДж/(кмоль×К), визначають за формулою:

(mcP″)t0tc=8,314+1M2∑Mi(mcνi″)t0tz

При цьому, оскільки величина t_z невідома, у формулах t_z залишається перемінною. Усе вираження підставляється в рівняння згоряння, яке після всіх можливих обчислень і перетворень приймає вид:

At_z² + Bt_z – C = 0;

де:

А, В, С — числові значення відомих величин.

Тоді

tz=-B+B2+4·A·C2A;

T_z = t_z + 273

Значення l для бензинових і газових двигунів визначається після обчислення температури t_z і звичайно лежить в інтервалі l = 3,2–4,2 для бензинових; l = 3–5 для газових.

Тиск наприкінці процесу згоряння р_z, МПа:

для бензинових і газових двигунів:

pz=μ·pc·TzTc;

λ=pzPc;

p_z∂ = 0,85p_z

для дизелів і газодизелів:

p_z = λp_c

ρ=μλ·TzTc

p_z∂ = p_z

де:

р_zд — дійсний тиск наприкінці згоряння, МПа;

ρ — ступінь попереднього розширення.

Звичайно для дизельних двигунів r = 1,2–1,7. Якщо в результаті розрахунків отримане r < 1, то необхідно зменшити значення l і заново обчислити температуру t_z.

Орієнтовні значення параметрів суміші наприкінці згоряння зазначені в таблиці 4.

Таблиця 4 Параметри суміші наприкінці згоряння
Тип двигуна	Тиск наприкінці згоряння	Температура наприкінці згоряння
Бензинові	рzд = 3,0–6,5 МПа	Тz = 2400–3100 К
Дизельні	рzд = 5–12 МПа з наддувом рzд ≤ 15 МПа	Тz = 1800–2300 К
Газові	рzд = 2,5–4,5 МПа	Тz = 2200–2500 К
Газодизелі	рzд = 6–12 МПа	Тz = 2000–2300 К