смесп, в результате чего изменятся параметры рабочего процесса. Влияние изменения условий на выпуске на параметры процесса сгорания в духтактном двигателе показано иа фиг. 58. По оси абсцисс отложено отношение р/р-давления на выпуске к давлению иа впуске. Эта величична характеризует расход воздуха через двигатель и, следовательно, коэффициент наполнения и степень загрязненности свежего заряда остаточными газами. С увеличением противодавления, что соответствует увеличению отношения р/р при постоянной подаче топлива иа цикл, максимальное давление цикла несколько понижается вследствие обогащения рабочей смеси и усиления загрязненности
ее остаточными газами.
Уменьшение периода задержки воспламенения с увеличением противодавления объясняется повышением температуры рабочего тела в конце сжатия в результате увеличения количества остаточных газов.
Фиг. 59. Участок сгорания индикаторной диаграммы смешанного цикла.
§ 5. ТЕРМОДИНАМИКА СГОРАНИЯ
Теплота, выделяющаяся при сгорании горючей смеси в двигателе, используется для совершения механической работы и повышения внутренней энергии рабочего тела. Однако некоторую часть теплоты не удается использовать, потому что сгорание сопровождается неизбежными потерями в период сгорания и последующего расширения.
При термодинамическом анализе части рабочего цикла двигателя с воспламенением от сжатия, в которой происходит процесс сгорания, сложная кривая изменения давления
в зависимости от изменения z z
объема заменяется изохорой = const и изобарой р = const (фиг. 59). За начало подвода теплоты к рабочему телу принимают точку с пересечения расчетной политропы сжатия с изохорой, тогда как в действительном цикле процесс сгорания начинается несколько раньше прихода поршня в в. м. т. Точка 2 является точкой пересечения изобары политропической кривой, изобра-
Фиг 60. Участок сгорания индикаторной диаграммы цикла со сгоранием при V = const
жающей измене1ше давления в процессе расширения. Участок от точки с до точки Z называется периодом видимого сгорания.
При анализе цикла двигателя с посторонним зажиганием кривая изменения давления при сгорании заменяется изохорой (фнг. 60), так как в двигателях этого типа процесс сгорания протекает быстрее, и давление цикла достигает максиму.ма ближе к в. м. т. В этом случае начало и конец периода видимого сгорания (точки сиг) лежат на изохоре У - const.
В период видимого сгорания смешанного цикла (фиг. 59) общее количество теплоты, затраченной на изменение внутренней энергии рабочей смеси и на совершение механической работы, ие равно теплотворности всего количества топлива вследствие того, что часть теплоты, выделившейся при
•сгорании, отдается более холодным стенкам цилиндра. Кроме того, некоторая часть теплоты на этом участке может совершенно не выделиться из топлива вследствие неполного его сгорания. Сюда необходимо отнести и потери теплоты от диссоциации продуктов сгорания.
Неполнота сгорания на участке cz почти всегда наблюдается в двигателях и выражается или в том, что часть топлива вообще не успевает сгореть за этот период, или в том, что в составе продуктов сгорания содержится неко- " торое количество промежуточных продуктов химических реакций. В обоих случаях наблюдается дальнейшее догорание топлива в период расширения. Поэтому неполное сгорание до точки z еще не предопределяет неполноты сгорания за весь цикл в целом.
Наличие потерь приводит к тому, что на участке видимого сгорания cz на каждый килограмм топлива, поступившего в цилиндр двигателя, используется гк калорий, где Я„-низшая теплотворность топлива и -коэффициент, определяющий ту долю теплоты, которая иа участке cz затрачивается на увеличение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы. Этот коэффициент называется коэффициентом использования теплоты на участке видимого сгорания.
Если обозначить через Xz У часть теплоты, которая выделяется при неполном сгорании 1 кг топлива на участке cz, и через Q - количество теплоты,которое отдается стенкам на том же участке, то можно написать следующее соотношение: l4wQ и/
A = xA-Q,,. (116) г
При догорании топлива в процессе расширения постепенно повышается 4J<-\ Беличина коэффициента который в некоторый момент хода расширения **" "7j~ лгожет принять свое максимальное значение у- 1. Одновременно с этим во -
время хода расширения продолжается отдача теплоты стенкам, и, следова- -
тельно, величина растет.
Для момента конца расширения (точка Ъ) можно написать /--.
В соотношении (117) коэффициент использования теплоты ё, опреде-
ляет долю теплотворности, соответствующую механической работе и повышению внутренней энергии на всем участке сгорания и расширения с - z -b. Аналогично коэффициент Хь выражает ту долю теплоты, которая выделилась при сгорании на всем этом участке, а величина Q, есть общее количество теплоты, отданное стенкам за тот же период.
По мере развития процесса сгорания величина х непрерывно возрастает и на некоторой части хода поршня может достигнуть максимальной величины (момент конца догорания). В то же время суммарное количество теплоты Q, отданное стенкам от момента начала сгорания, также непрерывно растет; этот рост продолжается до самого конца расширения, т. е. до момента открытия выпускных органов (точка Ь). В результате коэффициент использования теплоты I изменяется при движении поршня. Этот коэффициент достигает максимального значения в тот момент, когда отдача теплоты стенкам и выделение теплоты от догорания уравновешиваются между собой. После перехода через это мгновенное состояние теплового равновесия вследствие продолжающегося возрастания количества теплоты, отданного стенкам, величина k уменьшается. На фиг. 61 изображен характер изменения величин Ш„ и от начала сгорания в точке с до точки Ь.
Согласно первому принципу термодинамики
xA-Q, = ,-6/,-f Л1,„ (118)
где ALz - тепловой эквивалент внешней работы газов.
Выражение (118) можно представить в виде
(119)
Если принять, что состав газа в точке z соответствует окончанию реакции сгорания, то для смешанного цикла можно написать развернутое выражение уравнения (119), используя введенные раньше обозначения:
= (Ма + М,) и"г - М,и, - М,и"с + (120)
где и"г и и"с-внутренняя энергия 1 кгмоль продуктов сгорания при температурах точек г и с, считая от 0°С; и с - внутренняя энергия
1 кгмоль свежего заряда при температуре в точке с, считая от 0°С.
Фиг. 61. Изменение коэффициента использования теплоты по ходу поршня.
Фиг. 62. Работа газов в цилиндре при расчетной нескругленной диаграмме.
Работа газов на участке cz может быть выражена разностью площадей OKzn и OKzm (фиг. 62), т. е. в виде РгУг - РгУс- Так как РХРс, то, следовательно, работа на участке cz
L,, = P,V,-\P,V,.
Применяя характеристическое уравнение, можно выразить эту работу через количество газа и его температуру
= 848 [{М, + Mr) Т, - X (Ml -f М,) Т,]. (121)
После подстановки выражения L в уравнение (120) и преобразования получим
,Я„ + М,и, + MUc -Ь 1,985 (Ml -h М,) X (273 -f t,) = = (Ma + Mr) U"z + 1.985 (Ma + M,) (273 + t,) *.
* Полученное уравнение является приближенным, так как при его выводе не принималась во внимание разница тепловых эффектов реакций при температуре tc и при тел1пературе о. соответству1ош.ая разности приращений внутренней энергии начальных н конечных продуктов реакции в этом интервале температур. Вследствие того, что изменение внутренней энергии за процесс сгорания дано выражением {Mz-\- М) U" - ic - rV" вместо выражения (МгЧ- Mr) {и" - t/), разница, получающаяся в результате указанного допущения, незначительна.
