Основы расчета процесса сгорания. Определение параметров в процессе сгорания. Характеристики процесса сгорания. Нарушение процессов сгорания в бензиновых ДВС и дизелях.

Уравнение сгорания выражает баланс энергии в процессе сгорания, составленный на основе 1-го закона термодинамики.

Из основных реакций и следует, что в результате реакций на 1 кг С приходится 44/12=3,67 кг CO ₂, а на 1 кг Н приходится 36/4=9 кг Н₂О.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

. (12)

Степень повышения давления при сгорании:

, (13)

где – максимально допустимое давление рабочего цикла, МПа.

Рекомендуемые значения = 6,0 ÷ 13,0 МПа; = 1,4 ÷ 2,0.

Решение уравнения сгорания

, (14)

где – коэффициент эффективного выделения теплоты в точке 4, =
= 0,70÷0,85; – низшая теплота сгорания дизельного топлива, =
= 42500 кДж/кг; – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном объёме и соответствующая максимальной температуре рабочего цикла, кДж/(кмоль∙К); – средняя мольная теплоёмкость воздуха при постоянном объёме и соответствующая температуре конца процесса сжатия, кДж/(кмоль∙К); – максимальная температура цикла, °C,
( °C); – температура в конце процесса сжатия, °C
( °C).

После подстановки известных значений получается постоянная величина

, (15)

а уравнение сгорания принимает вид

. (16)

Теплоёмкости и являются функцией температур и

В соответствии с характерными точками, процесс воспламенения и сгорания топлива можно условно разбить на 4 фазы:

I фаза — от начала впрыска до начала воспламенения топлива — носит название “период задержки самовоспламенения”:

τ_i — время задержки самовоспламенения в сек;
φ_i — угол поворота коленчатого вала в град;
n — частота вращения, об/мин.

Эта фаза определяется необходимостью физико-химической подготовки топлива к воспламенению и сгоранию (прогрев, испарение, предпламенные реакции). Она оказывает значительное влияние на развитие всего последующего процесса сгорания. Фаза должна быть возможно меньшей. Обычно τ_i лежит в пределах: τ_i=1-5 мсек (большие значения — в малооборотных дизелях) или по углу поворота коленчатого вала φ_i=3-50°пкв (большие значения — в высокооборотных двигателях).

II фаза — от начала сгорания (точка у) до достижения давления P_z (т.Z₁) — называется периодом резкого нарастания давления в цилиндре. Практически все топливо, поступившее в цилиндр до точки Z₁, вовлекается в горение. В качестве критерия, оценивающего интенсивность горения за фазу, принимается скорость нарастания давления W (или “жесткость индикаторного процесса”):

Величина средней скорости нарастания давления обычно принимается равной:

Этот параметр характеризует плавность (мягкость) индикаторного процесса. При больших ΔP / Δφ двигатель работает со стуками, жестко. Такая работа недопустима. Обычно ΔP / Δφ = 1 — 6 кг/см² / ⁰пкв.

III фаза — кривая z₁z — сгорание при примерно постоянном давлении. В районе точки z обычно заканчивается подача топлива, а температура в цилиндре достигает максимального значения. Задержка воспламенения топлива, подаваемого в этот период, минимальна (так как высоки давление и температура в цилиндре), однако к концу фазы сгорание может замедлиться — уменьшается количество кислорода. Давление сгорания за III фазу чаще всего незначительно увеличивается, но может и уменьшиться — все зависит от работы топливной аппаратуры и от относительного положения точки z и ВМТ. Чем дальше т. z от ВМТ, тем меньше давление в этой точке при той же цикловой подаче топлива. В качестве параметров, оценивающих III фазу горения, могут быть приняты максимальное давление P_z и угол поворота коленчатого вала φ_pz, при котором это давление достигается. Угол φ_pz косвенно характеризует экономичность рабочего процесса — чем ближе сгорание к ВМТ (меньше φ_pz) — тем меньше догорание, более эффективно используется энергия газов в цилиндре.

II-я и II-я фазы носят название “видимого процесса сгорания”.

IV-я фаза — кривая zz' — носит название “догорание топлива” и наблюдается в большей или меньшей степени у всех дизелей. У малооборотных дизелей эта фаза меньше; у высокооборотных двигателей на номинальной нагрузке эта фаза может наблюдаться на всем ходе расширения. На долевых нагрузках догорание сокращается. Догорание на линии расширения увеличивает температуру газа в точке b цикла и температуру отработавших газов, повышает потери тепла в охлаждающую воду. Все это понижает термический КПД цикла.