Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

Теплота сгорания горючей смеси

Количество тепла, получаемое при сгорании 1 м3 горючей смеси (обычно смеси воздуха и топлива), называется теплотой сгорания го­ рючей смеси.

Теплота сгорания горючей смеси QCM определяется отношением низшей теплоты сгорания топлива, входящего в смесь, к объему горю­ чей смеси:

QCM = QpMl.

Низшая теплота сгорания жидкого топлива измеряется, как из­ вестно, в кДж/кг; газового топлива — в кДж/м3 ; объем горючей сме­ си — в м3 /кг для жидких и в м3 /м3 — для газовых топлив.

Используя соответствующие значения указанных величин, полу­

Теплота сгорания горючей смеси в двигателях внутреннего сгора­ ния имеет важное значение; она показывает количество тепла, которое может выделиться при сгорании 1 м3 рабочей смеси, т. е. характери­ зует тепловую напряженность рабочего процесса в цилиндре. Чем выше теплота сгорания горючей смеси, тем больше работы при всех одинаковых остальных условиях можно получить за цикл.

§ 3-7. Теплоемкость горючих смесей и продуктов сгорания

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси различных газов

где cVi и cpi — соответственно средняя мольная изохорная и средняя

263

При определении теплоемкости газового топлива удобнее пользо­ ваться выражением

мые делением объема соответствующего компонента при определен­

Так как объем 1 моля для всех идеальных газов является одинако­ вым, то гг можно получить также из следующего соотношения:

г i = МАША.

По (3-46) можно определить как объемную, так и мольную тепло­ емкость; при этом размерность cl будет той же, что и при cvt- Средняя мольная изохорная теплоемкость горючей смеси, применяемой в кар­ бюраторных двигателях и состоящей из aL0 молей воздуха и \1т1 мо­ лей паров топлива,

где cv и cl —средние мольные изохорные теплоемкости соответственно воздуха и паров топлива, кДж/(кмоль-К).

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и газового топлива, т. е. горючей смеси в газовых двигателях,

264

рM t + L „ ( a - 1 )

Разделив числитель и знаменатель на L0 , получим

где ср — средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов полного сгорания при a = 1, кДж/(кмоль-К); cPt— средняя мольная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кмоль-К); Mt — количество продуктов полного сгорания 1 кг жидкого топлива (или 1 кмоля газо­ вого топлива) при a = 1, кмоль; L 0 — теоретически необходимое ко­ личество воздуха, кмоль, щ — химический коэффициент молекуляр­ ного изменения при a = 1.

Глава 3-3

Д Е Й С Т В И Т Е Л Ь Н ЫЕ ЦИКЛЫ

Действительный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания состоит из пяти последовательных периодически повторяющихся ра­ бочих процессов: 1) наполнение, или зарядка; 2) сжатие; 3) сгора­ ние; 4) расширение; 5) очистка цилиндра, или выпуск.

§ 3-8. Очистка и наполнение цилиндра

Наполнением, или зарядкой, двигателя называют процесс напол­ нения рабочего объема цилиндра свежим зарядом: воздухом — в дизелях и смесью воздуха с топливом — в карбюраторных и газовых двигателях. Этот процесс в четырехтактных двигателях начинается после очистки цилиндра и происходит при движении поршня от в.м.т. до н.м.т. (рис. 3-17). Принимается, что в момент нахождения поршня в в.м.т. объем камеры сжатия Vc заполнен остаточными газами с дав­ лением рг и температурой Тг. Давление рг обычно бывает выше атмо­ сферного давления р0, а возникающая при этом разность давлений Дрг используется для создания скорости выпускных газов при истече­ нии из цилиндра в выпускной трубопровод и для преодоления сопро­ тивления в клапанах, трубопроводе и глушителе. При всасывающем ходе поршня остаточные газы расширяются, давление в цилиндре уменьшается, так что в двигателях, работающих без наддува, оно

265

становится ниже атмосферного, а примерно с точки е начинается про­

Степень сжатия четырехтактного двигателя определяется зависи­

таким расчетом, чтобы конечная температура сжатия обеспечивала воспламенение топлива при пуске холодного двигателя в условиях низких температур всасываемого воздуха.

Увеличение степени сжатия более чем на 18-4-20 нецелесообразно, так как это сопровождается значительным повышением давления кон­ ца сжатия, в результате чего получаются слишком высокие давления и температуры сгорания, что вызывает необходимость для сохранения прочности утяжелять конструкцию двигателя и особенно деталей кривошипно-шатунного механизма. В то же время термический к.п.д. при такой высокой степени сжатия увеличивается незначительно, а механический к.п.д., наоборот, несколько уменьшается, и эффектив­

сгорания топлива. Величина степени сжатия в этих двигателях выби­ рается в зависимости от применяемого топлива, размеров цилиндра, конструктивного оформления камеры сжатия и материала цилиндро- во-поршневой группы деталей двигателя.

В двухтактных двигателях воздух предварительно сжимается в специальном продувочном насосе (нагнетателе), и процесс очистки и зарядки происходит за счет нагнетания сжатого воздуха в цилиндр двигателя. На рис. 3-18 приведена диаграмма очистки и зарядки двухтактного двигателя. Точка Ъ соответствует началу открытия продувочных окон, точка е — закрытию продувочных окон и точка

266

а — закрытию выпускных окон или клапанов. Соответственно в точке Ь начинается выпуск, в точке g— продувка и зарядка, т. е. одновре­ менно осуществляется выпуск и нагнетание воздуха в цилиндр, в точ­ ке е — конец зарядки и в точке а •— конец выпуска и начало сжатия заряда в цилиндре. Закрытие впускных и выпускных окон или клапа­ нов осуществляется при угле поворота кривошипа 20-4-80° после н.м.т.

Рис. 3-18. Диаграмма очистки и зарядки двух­ тактного двигателя с прямоточной продувкой

Основные параметры и их соотношения

Полезным рабочим объемом Vh двухтактного двигателя является только та часть объема, описываемого поршнем, которая соответству­ ет полезной части хода, т. е.

У и = V — V

где Vh — полный объем, описываемый поршнем; Vn •— потерянный объем, т. е. объем, описываемый поршнем от н.м.т. до закрытия вы­ пускных органов (или продувочных, если они закрываются позже выпускных).

Соотношение потерянного объема к полному называется потерян­ ной долей хода поршня:

267