Procesul de ardere motor

Calculul parametrilor procesului de ardere

Presupunem ca arderea se realizeaza in doua faze, corespunzatoare introducerii de caldura izocor si izobar (fig. 1), conform ciclului teoretic mixt prezentat in cap. 1.

Intarzierea la autoaprinderea combustibilului se determina cu relatii experimentale, de tipul:

   (1)

sau:

  (2)

in care presiunea si temperatura in momentul injectiei , respectiv  sunt determinata in paragraful 4.2.1, iar turatia este .

Se calculeaza durata unghiulara a intarzierii la autoaprindere:

.  (3)

Durata unghiulara a injectiei:

,   (4)

cu valori uzuale . In perioada arderii izocore arde cantitatea m_v [kg comb], iar in perioada arderii izobare arde cantitatea m_p [kg comb], astfel incat se considera initial ca in cilindru s-a introdus si ars 1 kg combustibil:

. (5)

Reprezentam legea de injectie in ipoteza unei variatii liniare cu unghiul de manivela in figura 2, din care se deduc, prin asemanarea triunghiurilor formate, cantitatile de combustibil injectate la volum, respectiv presiune constanta:

.    (6)

1. Calculul arderii la volum constant

Se considera ca s-a injectat cantitatea de combustibil m_v in perioada i-c; ea arde instantaneu, la volum constant.

Se determina temperatura la sfarsitul procesului, tinand cont de compozitia fluidului motor la inceputul arderii: L [kmol aer], n_r [kmol gaze de ardere], m_v [kg comb]; la sfarsitul arderii izocore, cantitatile de produse de ardere corespund arderii doar a cantitatii m_v de combustibil:

   (7)

unde cu  si  s-au notat, respectiv, numarul de kmoli de substanta finala, respectiv reziduala din ciclul anterior, de specia j.

Determinarea temperaturii T_y la sfarsitul arderii izocore se face pa baza ecuatiei de bilant energetic:

,    (8)

unde -coeficientul de utilizare a caldurii la volum constant; Q_i [J/kg]-puterea calorica inferioara a combustibilului; energia interna in starea c este:

,  (9)

cu -numarul de kmol de gaze reziduale de specia j; -caldura specifica molara a aerului la volum constant; -caldura specifica molara a speciei j, variind dupa o lege liniara cu temperatura:

,  (10)

deci:

. (11)

Analog, pentru energia in starea finala y vom avea:

.  (12)

Inlocuim (11) si (12) in (8), rezultand urmatoarea ecuatie de gradul doi:

,  (13)

in care coeficientii sunt dati de:

de unde valoarea convenabila este:

.    (15)

Pentru determinarea restului parametrilor, se calculeaza masa amestecului:

,   (16)

cu  masa molara a speciei j; constanta amestecului se deduce din ecuatia de stare scrisa in cele doua forme, egalate intre ele:

  (17)

si, de aici, presiunea:

, (18)

iar volumul:

.  (19)

O verificare evidenta este aceea a coeficientului de crestere a presiunii in arderea la volum constant (cap. 1):

,  (20)

pentru restul parametrilor inregistrandu-se valorile uzuale: p_y=(50 85)10² kN/m² pentru MAN si (80 140) kN/m² pentru MSA; T_y=(1000 1500)K.

2. Calculul arderii la presiune constanta

Compozitia gazelor la sfarsitul arderii izobare (z) este cea finala a procesului:

Putem preciza, in general, numarul  de kmoli de substanta j la sfarsitul arderii izobare:

, (22)

de unde masa amestecului de gaze in starea z este:

,   (23)

iar constanta amestecului la sfarsitul arderii:

.   (24)

Temperatura T_z se determina din ecuatia de bilant energetic intre starile y si z:

,   (25)

cu -masa de combustibil ce arde la presiune constanta; -coeficientul de utilizare a caldurii la presiune constanta:  pentru motoare de turatie medie si  pentru cele lente.

Se lucreaza in ipoteza variatiei liniare a caldurilor specifice molare la presiune constanta cu temperatura:

; ,    (26)

in care coeficientii A si B sunt cei din 1; entalpiile sunt:

.    (27)

Introducem (27) in (25), rezultand:

,  (28)

_{cu singura solutie acceptabila:}

,    (29)

in care, de data aceasta, coeficientii ecuatiei sunt:

.   (30)

Restul parametrilor la sfarsitul arderii izobare sunt:

. (31)

Verificarea se face pentru raportul de destindere prealabila:

, (32)

iar temperatura se situeaza in gama .