Если отнести это уравнение баланса теплоты при сгораний 1 кг топлива 1 кг моль сжимаемого рабочего тела, то после замены
М2 + Mr Up + Т „ /199
мГТм~г~ 1 + т
(где II представляет собой коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси) и обозначения
уравнение баланса примет следующий общий вид:
(ТТта" + + + -1.1,985.273 = t./;. (123)
В тех случаях, когда свежий заряд состоит только из воздуха и а > 1, для удобства решения при пользовании табличными значениями внутренней энергии 1 кгмоль продуктов сгорания при а = 1 и воспользовавшись выражениями (113), (114), (69) и (70) соответственно для д, q, Га и Го, уравнение (123) можно представить в виде
Trq! + yic + Я2,с + 1 .85X (273 -f t) -542.3;. =
= F {raUz + rUz + 1.985,). (124)
По уравнению (124), называемому уравнением сгорания расчетного смешанного цикла, можно определить максимальную температуру цикла для двигателя с воспламенением от сжатия.
Для карбюраторных и газовых двигателей, расчет которых ведется по циклу со сгоранием при 1 = const, уравнение (123) принимает более простой вид, так как в этом случае AL = О-
Для карбюраторных двигателей
№ . , t.+Tfy; ,125)
(l-i-7)Mi I-l-Y
При а > 1 удобнее применять для решения выражение
jttWm; + + 0= + 2)
в тех случаях, когда а < 1, что может быть на некоторых режимах работы карбюраторных двигателей, в уравнение сгорания нельзя вводить всю теплотворность Н. В этом случае не представляется возможным полностью сжечь все топливо вследствие недостатка воздуха по сравнению с теоретически необходимым его количеством.
Если через ДЯ обозначить потерю теплотворности 1 кг топлива вследствие недостатка кислорода воздуха при а < 1, то в уравнении сгорания цикла со сгоранием при V = const вместо Я„ необходимо подставить
я„ - дя„.
Таким образом, уравнение сгорания для цикла со сгоранием при V = = const примет вид
,(я„-дя„) , с+т: .
Для бензина среднего состава (С = 0,855 и Н = 0,145), принимая k = = 0,5 при опр < « < 1 получаем
ДЯ„= 13 800(1-а) ккал/кг топлива.
Уравнение сгорания для газового двигателя отличается от уравнения (125) тем, что в нем теплотворность топлива отнесена не к 1 м при 0° С и 760 мм рт. ст., а в соответствии с размерностью остальных членов, к 1 кгмоль газообразного топлива. Поэтому в член баланса, содержащий Я„ вводится множитель 22,4 м/кгмоль. Уравнение принимает следующий вид:
22,«,Я„ <J s+<ul (129)
(1 -h Y) Ml 1 -f т
Уравнения баланса теплоты, написанные в том или ином виде, для любого случая сгорания топлива в двигателе решаются методом подбора температуры конца видимого сгорания t.
Характеристические уравнения дают возможность выразить связь между параметрами рабочего газа в начале и конце сгорания с учетом изменения молекулярного веса, происходящего при сгорании:
Уравнение сгорания и способ подсчета величины ДЯ„ одинаковы как для карбюратор--ных двигателей, так и для двигателей с непосредственным впрыском в цилиндр легкого топлива...
Определение величины йЯ„ для случая работы карбюраторных двигателей при а < 1 может быть сделано на основании следующих соображений .
При сгорании углеводородных топлив с недостатком воздуха (см. гл. III) для упрощения принято считать, что в пределах изменения коэффициента избытка воздуха от 1 до а„, углерод топлива сгорает частично в СО2 и частично в СО, причем одновременно в продуктах сгорания содержится некоторое количество несгоревшего Н2; содержанием других продуктов неполного сгорания можно пренебречь. В результате наличия продуктов неполного сгорания часть теплотворности топлива ДЯ не используется
Из уравнений сгорания окиси углерода
2СО -f О2 = 2063 -j- 135 ООО кшл12 кгмоль СО
и водорода
2Н2 + Og = 2Н2О -f 115 ООО ккал12 кгмоль Hg
следует, что наличие 1 кгмоль СО в продуктах сгорания приводит к неполному использованию 135 000:2 = 67 500 ккал1кгмоль СО, а 1 кгмоль Wi - 115 ООО : 2 = 57 500 ккал!кгмоль Hi.
Таким образом, если в продуктах сгорания 1 кг топлива содержится Мсо кгмоль СО и Мн кгмоль Hi, то
ДЯ„= 67 500Мсо + 57 500Мн, ккал1кг топлива.
Так как
Мсо = 2 -р- 0,21 Lo кг моль/кг топлива; Ми. = kMco кгмоль/кг топлива, Ни = ТТТ 0.210 (67 500 + 57 500) ккал/кг топлива. (128>
Процесс расширения \\\
Хр==1.. • (130)
Для цикла со сгоранием при V = const (& = 1)
Х==1.. (131)
Давление в конце сгорания
Р, = ХР,. (132)
Величину коэффициента использования теплоты принимают при расчете в соответствии с осуществляемым циклом, быстроходностью, способом смесеобразования, условиями охлаждения камеры сгорания рассчитываемого двигателя; она зависит от его нагрузочного и скоростного режимов. Низкие значения указывают не только на усиленную теплоотдачу в стенки, но и на догорание в процессе расширения.
Ниже приведены пределы изменения коэффициента использования теплоты 2 для двигателей различных типов при работе их с полной нагрузкой.
Двигатели с воспламенением от сжатия............0,65-0,85
Газовые двигатели ......................0,80-0,85
Неполное использование теплотворности топлива возможно также в результате диссоциации продуктов сгорания. Явление диссоциации состоит в расщеплении молекул продуктов сгорания, сопровождающемся поглощениед? теплоты. В продуктах сгорания непрерывно-происходит, с одной стороны, диссоциация, а с другой - обратное восстановление (рекомбинация) молекул. При определенной температуре оба эти явления компенсируют друг друга, вследствие чего состав газа не меняется. Такое состояние называется химическим равновесием. В зависимости от температуры в химическом равновесии находятся различные компоненты исходных и конечных продуктов реакции и, таким образом, состав продуктов сгорания зависит От температуры. Степень диссоциации возрастает с повышением температуры и несколько уменьшается с ростом давления. Наибольшая диссоциация наблюдается при составе горючей смеси близком к стехиометрическому. Диссоциация становится заметной при температурах больше 2200-2400° абс. При понижении температуры в процессе расширения часть теплотворности, затраченная на диссоциацию, вновь освобождается в результате рекомбинации, однако ее использование в рабочем процессе менее совершенно.
При тепловом расчете двигателей с воспламенением от сжатия и газовых двигателей вследствие больших значений коэффициента избытка воздуха, относительно низких температур сгорания и высоких давлений при сгорании явлением диссоциации обычно пренебрегают. При расчете карбюраторных двигателей диссоциацию продуктов сгорания приближенно учитывают выбором меньшего значения g- Точные расчеты с учетом изменения состава продуктов сгорания вследствие диссоциации показывают, что при коэффициенте избытка воздуха близком к единице расчетная температура сгорания в карбюраторhci; бензиновом двигателе получается на 5-7% меньше, чем без у«ета диссоциации.
§ 6. ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ
Процесс расширения в действительном цикле двигателей внутреннего сгорания протекает по еще более сложному закону, чем процесс сжатия. Кроме охлаждения и небольшого уменьшения количества расширяющихся газов (вследствие утечки через неплотности) в процессе расширения добавляются еще явление догорания топлива и восстановление некоторого количества продуктов диссоциации.
Дргоратъ в процессе расш11рения может тодъко то топливо, для сгорания которого имеется кислород и которое вследствие несовершенства перемешивания с воздухом, состава смеси и недостатка времени не смогло сгореть "за период, отведенный для процесса сгорания. Восстановление продуктов дисСоциПий,* происходящее с выделением теплоты, может рассматриваться как явление, тождественное догоранию. Догорание топлива и восстановле-
