Давление и температура в конце процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания
Тип двигателя | Tz, К | pz, МПа | pzд, МПа |
бензиновый двигатель | 2400–3100 | 3,5–7,5 | 3,0–6,5 |
дизель | 1800–2300 | 5,0–12,0 | |
газовый двигатель | 2200–2500 | 3,0–5,0 | 2,5–4,5 |
Расчет процесса расширения
Расчет процесса расширения сводится к определению среднего показателя политропы расширения n2 и параметров рабочего тела (давления pb и температуры Tb)в конце процесса расширения.
1. В реальных двигателях расширение протекает по сложному закону, зависящему от теплообмена между газами и окружающими стенками, величины подвода теплоты в результате догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, утечки газа через неплотности, уменьшения теплоемкости продуктов сгорания вследствие понижения температуры при расширении, уменьшения количества газов в связи с началом выпуска (предварение открытия выпускного клапана).
Условно считается, что процесс расширения в действительном цикле протекает по политропе с переменным показателем, который в начальный период изменяется от 0 до 1 (идет настолько интенсивное догорание топлива, что температура газов повышается, несмотря на расширение), затем увеличивается и достигает значения показателя адиабаты (выделение теплоты вследствие догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации уменьшается и становится равным отводу теплоты за счет теплообмена и утечки газов через неплотности) и, наконец, превышает показатель адиабаты (выделение теплоты меньше отвода теплоты).
Для упрощения расчетов кривая процесса расширения обычно принимается за политропу с постоянным показателем n2. Величина среднего показателя политропы расширения n2 устанавливается по опытным данным в зависимости от ряда факторов. Значение n2 возрастает с увеличением коэффициента использования теплоты, отношения хода поршня S к диаметру D цилиндра и интенсивности охлаждения. С ростом нагрузки и увеличением линейных размеров цилиндра (при S/D=const) средний показатель политропы расширения n2 уменьшается. При увеличении быстроходности двигателя величина n2, как правило, снижается, но не для всех типов двигателей и не на всех скоростных режимах.
Учитывая, что по опытным данным величина среднего показателя политропы расширения n2 незначительно отличается от показателя адиабаты k2 и, как правило, в меньшую сторону, при предварительных расчетах двигателей величину n2 можно оценить по величине k2 для соответствующих значений степени сжатия ε или – для дизеля – степени последующего расширения δ=ε/ρ, коэффициента избытка воздуха и температуры в конце процесса сгорания Tz.
Для упрощения расчетов по определению k2 построены номограммы (рис. 7.1 и 7.2).
Определение k2 по номограммам производится следующим образом: по имеющимся значениям ε (или δ для дизеля) и Tz определяют точку, которой соответствует значение k2 при α=1. Для нахождения значения k2 при заданном α необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую α=1, и далее параллельно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению α.
Рис. 7.1. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения k2 для бензинового двигателя |
Средние значения величины n2, полученные из анализа индикаторных диаграмм, для различных современных автомобильных и тракторных двигателей изменяются в пределах (для номинальной нагрузки), указанных в табл. 7.1.
Рис. 7.2. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения k2 для дизеля |
Таблица 7.1