Реакции окисления и продукты сгорания

Процесс сгорания — основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Изменение давления в процессе сгорания топлива в двигателе с воспламенением от искры показано на рис. 15, а в дизеле — на рис. 16. Кривые c'fc"z_дсхематически показывают действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе сгорания. В реальных двигателях процесс сгорания, точнее — догорания топлива, продолжается и за точкой z_дна линии расширения.

На характер протекания процесса сгорания оказывает влияние большое число различных факторов: параметры процессов впуска и сжатия, качество распиливания топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя и т. д. Зависимость параметров процесса сгорания от целого ряда факторов, а также физико-химическая сущность процесса сгорания моторных топлив пока что изучены недостаточно полно.

С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит при V=const, т. е. по изохоре (рис. 15, прямая cc"z), а в двигателях с воспламенением от сжатия — при V=const и р=const, т. е. по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 16, прямые сс" z'/ и z'z).

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания (точки z и z_д), а для дизеля — и объема V_z.

Температура газа T_z в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики, согласно которому

Рис. 15. Изменение давления в процессе сгорания

в двигателе с воспламенением от искры

Применительно к автомобильным и трактор­ным двигателям:

сгорание при α ≥ 1,

,

сгорание при α < 1,

где Н_и — низшая теплота сгорания топлива, кДж; — потери теплоты вследствие теплоотдачи, догорания топлива на линии расширения и диссоциации,

Рис.16. Изменение давления в процессе сгорания в дизеле

кДж; U_z — внутренняя энергия газов в конце видимого сгорания, кДж; U_c — внутренняя энергия рабочей смеси в конце сжатия, кДж; L_cz — теплота, идущая на работу расширении газов от точки с до точки z (для двигателей с воспламенением от искры L_cz = 0),кДж.

Тепловой баланс на участках cz можно записать в более краткой форме:

,

где

.

Коэффициент выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа (U_z— U_с ) и на совершение работы L_cz.

По опытным данным величина при работе двигателей с полной нагрузкой изменяется в пределах

Для двигателей с электронным впрыском ...................................... 0,90 — 0,96

Для карбюраторных двигателей ............................................... 0,80 — 0,95

Для быстроходных дизелей с неразделенными каме­рами сгорания.0,70 – 0,88

Для дизелей с разделенными камерами сгорания ………………...0,65 — 0,80

Для газовых двигателей ……………………………………...0,80 — 0,85

Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V= const, уравнение сгорания имеет вид:

,

где — теплота сгорания рабочей смеси; — средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце процесса сжатия; — средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.

Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V= const и р=const, уравнение сгорания имеет вид:

,

где — степень повышения давления.

В уравнения сгорания входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания t_z и теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме или постоянном давлении при этой же температуре t_z. Используя для определения или табличные значения уравнения сгорания решаются относительно t_z методом последовательных приближений (подбором значений t_z). При использовании для определения или приближенных формул уравнения сгорания после подстановки в них числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований принимают вид уравнения второго порядка

,

где А, В и С — числовые значения известных величин.

Откуда

, °С и T_z = t_z+273 К.

Определение давления p_z в конце сгорания зависит от характера осуществляемого цикла.

Для двигателей, работающих с подводом теплоты при V= const, давление (МПа)

а степень повышения давления

Для бензиновых двигателей = 3,2 ÷ 4,2, для газовых двигателей

= 3 ÷ 5.

Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V= const и р=const:

а степень предварительного расширения

.