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

Распределение тепла и уравнения сгорания. Превращение энер­ гии при сгорании топлива в цилиндре двигателя сопровождается выделением тепла, которое идет на совершение механической работы, на повышение внутренней энергии газов, а также частично расходу­ ется на нагревание деталей и через них переходит к охлаждающей жидкости или воздуху. Кроме того, часть внутренней энергии топли­ ва оказывается невыделенной вследствие его неполного сгорания и в результате диссоциации продуктов сгорания.

характеризуется индикаторными диаграммами. На рис. 3-20, а при­ ведена индикаторная диаграмма двухтактного дизеля в координатах

в цилиндре в процессе сжатия, сгорания и расширения. На этих диа­ граммах указаны характерные участки линии сжатия и сгорания. Линия а—г характеризует сжатие; точкой а отмечено начало сжа­ тия, точкой m — начало впрыска топлива, точкой г — начало пла­ менного сгорания. Промежуток времени от момента поступления в ка­ меру сгорания первых капель топлива до начала пламенного горения, характеризуемый резким нарастанием давления, называется перио­ дом задержки воспламенения (индукционным периодом). Следователь­ но, интервал между точками / л и г характеризует период задержки воспламенения, продолжительность которого зависит от физико-хи­ мических свойств топлива, качества очистки и зарядки цилиндра,

277

температуры и давления сжатого воздуха в цилиндре, качества распыливания топлива, формы камеры сгорания, нагрузки двигателя, числа оборотов и ряда других факторов.

В течение периода задержки воспламенения в камеру сгорания по­ ступает обычно 144-60% топлива, впрыскиваемого за цикл; но есть двигатели, у которых к моменту начала пламенного сгорания впрыс­ кивается топливо полностью. Сокращение периода задержки воспла­ менения приводит к уменьшению накапливания топлива и существен­ но влияет на более плавное повышение давления в цилиндре.

На индикаторных диаграммах пунктирной линией т—г—с пока­ зано изменение давления сжатия при отсутствии впрыска топлива. Давление на участке т—г при наличии в цилиндре впрыснутого топлива будет несколько ниже; это объясняется частичной затратой тепла горячих газов на парообразование этого топлива. Кривая рас­ ширения на диаграмме р—ср (рис. 3-20, б) при отсутствии впрыска топлива не будет полностью симметрична линии сжатия; за счет ох­ лаждения и утечек газа давление расширения несколько меньше дав­ ления сжатия при равных углах поворота коленчатого вала.

В точке г начинается пламенное сгорание, сопровождающееся резким нарастанием давления и температуры. Условно можно принять начало пламенного сгорания совпадающим с началом резкого повы­ шения давления, что соответствует на индикаторной диаграмме мо-

,менту отклонения линии давления газов от линии сжатия без впрыска. На участке г—с'—г' происходит интенсивное горение и резкое нарас­

тание давления (точка с' соответствует в.м.т.); далее на участке г'—z—d

278

продолжается догорание, а также может сгорать свежепоступившее топливо, если впрыск топлива ранее не был закончен. Давление в ци­ линдре на участке г'—г меняется незначительно; оно медленно увели­ чивается и в точке z становится максимальным. Характер изменения давления зависит от продолжительности подачи и количества топли­ ва, подаваемого в данный период. Горение сопровождается значитель­ ным расширением газов из-за относительно быстрого увеличения объема камеры сгорания. Интенсивное горение топлива продолжает­ ся и далее. Поэтому температура газов в цилиндре продолжает повы­ шаться и после достижения максимального давления сгорания, не­ смотря на прогрессивное увеличение объема. В связи с этим в действи­ тельном цикле Т т а х наступает несколько позже, чем ртах. Так, на участке z—d, несмотря на понижение давления, температура в цилинд­ ре хотя и медленно, но все же повышается и в точке d достигает макси­ мального значения Ттах.

На участке d—у топливо догорает при непрерывном понижении давления и температуры по мере расширения газов в цилиндре. Дого­ рание, как показывают опыты, имеет место во всех двигателях, и очень

нической работы и на повышение внутренней энергии се сгорания и расширения. -

Кривая коэффициента работы т)Р показывает долю низшей тепло­ ты сгорания топлива, которая идет только на совершение механиче­ ской работы в процессе сгорания и расширения.

Кривая коэффициента повышения внутренней энергии % показы­ вает долю низшей теплоты сгорания топлива, идущей только на повы­ шение внутренней энергии газов.

Кривая коэффициента охлаждения v показывает долю низшей теплоты сгорания топлива, которая поглощается стенками цилиндра в процессе сгорания и расширения.

279

При термодинамических расчетах сгорания топлива в двигателе обычно допускаются упрощения, которые учитываются введением соответствующего коэффициента, приближающего результаты теоре­ тических расчетов к действительным. Так, для всех видов двигателей принимают, что горение начинается при нахождении поршня точно в в.м.т. Для двигателей с искровым зажиганием полагают, что пламен­ ное (интенсивное) сгорание протекает при постоянном объеме и что далее в процессе расширения имеет место лишь незначительное дого­ рание при сильном понижении давления. Для дизелей принимают, что сгорание протекает сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении (рис. 3-21, линии с—г' и z'—z). В обоих слу­ чаях химический состав ГЙЗОВ В цилиндре в точке z рассматривают как продукт полного сгорания топлива при заданном коэффициенте избыт­

280

На основании характеристического уравнения можно записать:

виде и уравнение сгорания. Уравнение работы расширения на участке с—z в этом случае примет следующий вид:

няя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и остаточных

или

281