Процес згоряння. Процеси сумішоутворення та згоряння у ДВЗ будуть ще розглянуті окремими темами, а у

Процеси сумішоутворення та згоряння у ДВЗ будуть ще розглянуті окремими темами, а у

цьому підрозділі розглянемо розрахунок процесу згоряння (c-z на рис. 3.2).

Ціль розрахунку – визначення температури і тиску наприкінці згоряння, а також об`єму V_z

для циклів зі змішаним підведенням теплоти і з підведенням теплоти при постійному тиску.

У загальному випадку відповідно до першого закону термодинаміки можна записати

наступне рівняння:

(H

U

− Δ H

U

) − Q

втр.

=

−

(U_ZU

C

) +

L

CZ

ξ ⋅ H

− Δ H

=

−

+

чи

z

(

U

U

) (U U

)

L

,

Z

C

CZ

де Qвтр. – втрати теплоти внаслідок тепловіддачі, догоряння палива на лінії розширення та

дисоціації;

ξ _z – частка нижчої теплоти згоряння палива, що використовується на підвищення

внутрішньої енергії газу (U_z - U_c) та на здійснення роботи L_cz;

Uz, Uc – внутрішня енергія газу до і після згоряння;

L_cz – теплота, що еквівалентна роботі газу в процесі згоряння (для ДВЗ, що працюють

за циклом Отто, L_cz =0).

Чисельне значення ξ _z лежить у межах:

- ξ_z= 0,8ч0,95 для карбюраторних бензинових двигунів;

- ξ_z= 0,9ч0,96 для бензинових з електронним впорскуванням;

- ξ_z= 0,7ч0,88 для дизелів з нерозділеною камерою згоряння;

- ξ_z= 0,65ч0,8 для дизелів з розділеною камерою згоряння;

- ξz = 0,8ч0,85 для газових двигунів;

- ξz = 0,75ч0,8 для газодизелів.

Після перетворень рівняння згоряння прийме вид:

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

ξ

⋅

+

()

' t

μ

()

t

H

Z раб см

C ⋅ t_C = ⋅

"

Z ⋅

t_Z,

..

V t_O

V t_O

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

ξ

⋅

+

[()

' t

+

]

⋅ λ ⋅ t +

(

λ

)

μ

()

t

Z

H

см

C

8,314

C

2270 ⋅ − μ = ⋅

"

Z ⋅ t

Z

,

р аб..

V t_O

P t_O

де λ – ступінь підвищення тиску, λ = p_z / p_c. Для розрахунку температури згоряння t_z

дизельних двигунів рекомендується приймати попереднє значення в межах

λ = 1,6ч2,5 для дизелів з нерозділеною камерою згоряння й об'ємним

сумішоутворенням, λ = 1,2ч1,8 для дизелів з розділеною камерою згоряння і для

дизелів з нерозділеною камерою згоряння і плівковим сумішоутворенням, λ = 1,4

для дизелів з наддувом, λ = 1,8ч2,5 для газодизелів;

() ^tZ

" – середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному об'ємі,

V t_O

() ^tZ

кДж/(кмоль⋅К);

" – середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску,

P t_O

кДж/(кмоль⋅К).

В обидва з цих рівнянь входять дві невідомі величини – () ^tZ

" чи () ^tZ

температура tz. Вирішити ці рівняння можна двома способами:

V t

O

" і шукана

P t_O

1) методом послідовних наближень. При цьому за допомогою табличних значень,

орієнтовно задаючи t_z (діапазон значень – таблиця 3.2) і знаючи α, вибирають ()_" t_Z чи () ^tZ

" і

V t_O

P t_O

вирішують рівняння згоряння, визначаючи t_z. Потім, використовуючи його отримане значення,

уточнюють () _V " t_tZ чи ()_" P^tt^Z і знову визначають t_z. Процес ітерації проводиться доти, поки

O

O

відмінність двох послідовних визначених значень tz буде менш 25єC. При використанні таблиць

варто застосовувати операцію інтерполяції, оскільки таблиці складені з шагом 100єC.

2) визначають () _V " t_tZ_O чи ()_" P^tt_OZ у такий спосіб:

- середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному об'ємі () ^tZ

"_,

кДж/(кмоль⋅К), визначають за формулою:

V t_O

()

" t

z

M

()_" t_z,

v t

i

= _M 2 ⋅ ∑ ⋅

v_it

де () mc_V " t_Z – середні мольні теплоємності компонентів, кДж/(кмоль⋅К);

і t_O

- середню мольну теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску () ^tZ

-160" tPO

-26,

кДж/(кмоль⋅К), визначають за формулою:

()

t

"

z

8,314

M

()_" t_z.

P t

=

i

+ _M ⋅ ∑ ⋅

v_it

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:

A ⋅ t_z 2 + B ⋅ t_z − C = 0,

де А, В, С – числові значення відомих величин.

Тоді

− +

+ ⋅ ⋅

t_z =

B B ²4

2 ⋅ A

A C

,

= t +

273.

T_zz

Значення λ для бензинових і газових двигунів визначається після обчислення температури

t_z і звичайно лежить в інтервалі λ = 3,2ч4,2 для бензинових ДВЗ; λ = 3ч5 для газових.

Тиск наприкінці процесу згоряння рz, МПа:

- для бензинових і газових двигунів:

= μ ⋅ ⋅

p p T

c z _,

z

λ

=

p

z

,

T

c

p

zд

p_c

=

⋅ p

0,85.

- для дизелів і газодизелів:

λ

z

p_z = ⋅ p_c,

ρ = μ

⋅

T

z

,

λ

T_c

p_zд ⁼ p_z.

де р_zд – дійсний тиск наприкінці згоряння, МПа;

ρ – ступінь попереднього розширення.

Звичайно для дизельних двигунів ρ = 1,2ч1,7. Якщо в результаті розрахунків отримано

ρ < 1, то необхідно зменшити значення λ і заново обчислити температуру t_z.

Орієнтовні значення параметрів суміші наприкінці згоряння зазначені у таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Параметри суміші наприкінці згоряння

Тип двигуна Тиск наприкінці згоряння

Температура наприкінці згоряння

Бензинові

Дизельні

Газові

Газодизелі

р_zд = 3,0ч6,5 МПа

рzд = 5ч12 МПа

з наддувом р_zд ≤ 15 МПа

рzд = 2,5ч4,5 МПа

р_zд = 6ч12 МПа