Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием

Наглядные представления о развитии во времени процесса использования теплоты сгорания в двигателе дают характеристики активного тепловыделения, построенные по углу j п.к.в.

Скорость тепловыделения в основной фазе определяет быстроту нарастания давления по углу п.к.в (dp/dj), соответственно динамику действия газовых сил, от чего зависит "жесткость" работы двигателя.

Величина dp/dj зависит от скорости протекания процесса в фазе быстрого сгорания. В двигателях с умеренными степенями сжатия e=6…7 наиболее высокие dp/dj составляют 0,1…0,12 МПа 1°п.к.в. При более высоких степенях сжатия e =9…10 скорость повышения давления достигает 0,15…0,25 МПа 1°п.к.в.

Связь между сгоранием и использованием теплоты определяется характеристиками активного тепловыделения.

c= Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru .

При работе на обедненных смесях значения c в точке Рz не превышают 50%, и процесс догорания более растянут. При значениях a > 1 Q = Qни), а при a<1 Q=Qн – (DQн)хим , Q=Qни)-ΔQн хим(ΔНи)хим.

В случае карбюраторных двигателей при термодинамическом расчете рабочего процесса принимается, что сгорание происходит почти мгновенно при постоянном объеме камеры сжатия Vc, т.е. действительная кривая заменяется изохорой cz . При этом газы в период сгорания не совершают внешней работы, и вся выделяющаяся теплота расходуется на увеличение их внутренней энергии (рис.13).

В двигателе с принудительным зажиганием основная часть использованной теплоты подводится во второй фазе (до Рz). xр=(0,8…0,85)xmax. На рис. 14 x = 0,9, положение максимума соответствует 50° п.к.в после ВМТ, а в двигателях с высоким hi продолжительность сгорания jz составляет не более 40…45° угла п.к.в. при работе на стехиометрической смеси.

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru

Рис. 13. Участок видимого сгорания

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru

Рис. 14. Протекание характеристик динамики тепловыделения

Основная часть теплоты подводится вблизи ВМТ. В действительном цикле нецелесообразно добиваться подвода теплоты строго при V=const ввиду нежелательного повышения скорости нарастания и максимума давления при сокращении продолжительности сгорания jzопт = 40… 60° п.к.в.

В любом случае (сгорание V=const - карбюраторный двигатель, и по смешанному циклу - дизель) общие потери теплоты вследствие его неполноты и несвоевременности, а также из-за диссоциации и теплоотдачи в стенки учитываются коэффициентом использования теплоты сгорания x, определяемым опытным путем. Для 1кг топлива имеем

xmax Qн = Uz(max) -Uc + Iziz ,

Iziz = PzVz-PziVc .

Для бензиновых и газовых двигателей V=const и, следовательно, lziz =0, уравнение сгорания примет вид

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru ,

где U11z и U11c - внутренняя энергия 1 моля продуктов сгорания при температурах в точках Z и С;

M1 – количество свежего заряда.

При a<1 (обогащенная смесь) часть теплоты сгорания топлива не используется из-за невозможности полного сгорания вследствие недостатка кислорода. Для этого необходимо в уравнение сгорания вместо Ни подставить Ни - (DНи)хим , тогда уравнение сгорания примет вид

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru ,

где (DНи)хим=А(1-a)Lo Дж/кг при К=0,5-0,45 А=114•106, при К=0,3 А=116•106.

Уравнение сгорания для газовых двигателей отличается тем, что теплота сгорания топлива должна быть отнесена к 1 кмолю газообразного топлива. Поэтому в член, содержащий Ни вводится объем моля, равный 22,4 м3 при 0 °С и давлении 0,1 МПа. Тогда, при условии a > 1 уравнение сгорания газа можно написать так:

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru .

По уравнениям сгорания определяется Tmax(Tz).

Для подсчета теплоемкостей и внутренних энергий воздуха и продуктов сгорания, необходимых для определения Тz (методом подбора), следует воспользоваться следующими таблицами:

1. Средней мольной теплоемкости газов mCv при V=const (кДж/кмоль∙°С).

2. Внутренней энергии газов U (МДж/кмоль).

3. Теплоемкости продуктов сгорания (кДж/кмоль∙°С).

4. Внутренней энергии продуктов сгорания U (МДж/кмоль).

Для цикла карбюраторного двигателя

V=const, l=mgTmax(z)/Tc Pmax(z)p=lpc.

Коэффициент использования теплоты для карбюраторного двигателя x= 0,85…0,9 ;

для газового двигателя x = 0,80…0,85 .

Действительное значение Pmax(z) бензиновых и газовых двигателей равно Рmax(z)действ = jz Pmax(z)расч , где jz - эмпирический коэффициент снижения давления, учитывающий увеличение объема КС к моменту достижения Рz и равный 0,85.

Термодинамика сгорания в двигателях с принудительным зажиганием - student2.ru ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите основные требования к процессу смесеобразования.

2. Что такое карбюрация?

3. Опишите различные формы смесеобразования в дизелях и влияние на них типов камер сгорания.

4. Перечислите основные фазы процесса сгорания в карбюраторных двигателях и дизелях.

5. Что такое детонационное сгорание?

6. Что такое калильное зажигание?

7. Что такое период задержки воспламенения и каково его влияние на процесс сгорания в дизеле?

8. Как определить давление и температуру в конце сгорания?

Наши рекомендации