2.2.4 Расчет параметров процесса сгорания Сгорание смеси является основным физическим-химическим процессом высоко-температурного превращения потенциальной энергии топлива в тепловую энергию, с последующим изменением термодинамических параметров и состава состояния рабочего теле в рабочем цикле. Первая часть теплоты, выделившейся при сгорании, используется на повышение внутренней энергии и совершение работы. Вторая часть передается в стенки камеры сгорания и днище поршня. Доля активной теплоты учитывается коэффициентом активного использования теплоты Z , и практически приравнивается к максимальному значению коэффициента активного тепловыделения. Значения термодинамических параметров в характерных точках цикла PZ и TZ определяются на основе уравнения первого закона термодинамики z Hu U z U c l zz ' Для рабочего цикла двигателей со смешанным подводом теплоты его можно представить в развернутом виде z Hu U c r U c" 8314 t c д U z" 8314 t z M 1 1 r 1 r (22) В двигателях с искровым зажиганием сгорание происходит (условно) при V const , и l Z ' Z 0 , а уравнение сгорания принимает более простой вид z ( Hu Hu хим ) U c r U c" д U z" М 1 (1 r ) 1 r (23) Применительно к реальному циклу уравнение сгорания принимает вид: для двигателей с искровым зажиганием Hu z раб.см ( c' ) t c t c ( c" ) t z t z v t0 д v t0 для дизельных двигателей Hu z раб.см (( c' ) t c 8,314 сг ) t c 2270 (сг ) v t0 д (24) д (( c" ) tt v z 0 8,314) t z (25) где сV - средняя изохорная мольная теплоемкость газовой смеси с составом продуктов сгорания после окисления топлива: " с " V 1 M2 M CO2 сVCO2 M CO сVCO M H 2O сVH 2O M с M с M с H2 VH 2 O2 VO2 N2 VN 2 (26) где сVCO2 ,..., сVN2 - средние мольные изохорные теплоемкости компонентов продуктов сгорания. Средние мольные изохорные теплоемкости каждого из компонентов в составе продуктов сгорания в диапазоне температур от 1500 до 2800 0С, с достаточной степенью точности можно принять и использовать в виде эмпирических зависимостей (27): с tZ VCO t 0 c tZ VCO2 t 0 c 39,123 0,3343 102 t z 19,678 0,1758 10 2 t z tZ VH 2 22,49 0,1430 102 t z t0 c 26,76 0,4438 10 t c 23,723 0,1457 10 t c 21,951 0,1457 10 t 2 tZ VH 2O 2 tZ VO2 t0 z 2 tZ VN 2 (27) z t0 z t0 После подстановки приведенных эмпирических зависимостей и обязательного выполнения математических операций согласно выражению (26) получим выражение вида с a t " V где а и b z 10 2 b , -- суммарные числовые коэффициенты. Подставьте выражение сV a t z 10 b , в уравнение (24) или (26) в правой части уравнения. Выполните математические операции и получите выражение вида 2 " А 102 t z2 B t z C 0 , для определения максимальной температуры цикла. Значение максимальной температуры в рабочем цикле определите из зависимости B B2 4 A C Tz 273, К 2 A (28) Максимальное давление цикла для двигателя с искровым зажиганием определяем как Pzр д Pс Tz , МПа Tс (29) Степень повышения давления на участке сгорания cг Pzр Pc (30) С учетом отклонений процесса подвода теплоты при V = const в реальных условиях, необходимо выполнить скругление максимального давления. Для этого действительное значение максимального давления Pzд для бензиновых двигателей с воспламенением от электрической искры принимаем равным: Pzд д Pz 0,85 Pzр . (31) Для дизельных двигателей, с учетом предельно-допустимого значения максимального давления и заданного значения степени повышения давления сг , максимальное давление PZ и степень предварительного расширения пр определяются из зависимостей Pz сг Pc , МПа (32) Значение недолжно выходить за пределы предельно допустимых значений максимального давления и должно укладываться в пределы 9…..10МПа. При необходимости ранее принятое значение повышения давления cг для дизельных двигателей допускается скорректировать. С учетом полученного значения максимальной температуры для дизельных двигателей и смешанного подвода теплоты в реальных условиях, определите относительную длительность второго участка предварительного расширения, где продолжается участок с подводом теплоты при Р= const. Его значение оценивается значением коэффициента предварительного расширения. пр д 1 сг Tz Tc (33) Следует помнить, что увеличение длительности предварительного расширения ρпр (его значения) и количества подводимой теплоты на этом участке снижает общую эффективность использования теплоты и индикаторного кпд цикла. Значение действительного давления Рzg остается равным максимальному расчетному значению -- Pz. Для современных автомобильных двигателей при работе с полной нагрузкой максимальные значения давления и температуры изменяются в пределах для карбюраторных двигателей Tz 2400...2900K Pz 5,5...7,5МПа Pzд =4,80…7,0МПа для дизельных двигателей Tz 2000...2300, K Pz Pzд 8,0...10,0МПа