Период индукции можно определить по зависимости

t_i = 4,5 + 0,066 ОЧ – 0,015 T_c’ + 2,7 p_c’ + 0,04 q_н, мс, (13.18)

где ОЧ - октановое число топлива;

T_c’ - температура в точке c’, К;

p_c’ - давление в точке c’, МПа;

q_н - угол опережения зажигания или впрыска, градус.

Процесс сгорания до настоящего времени изучен недостаточно. Поэтому его расчёт осуществляется в предположении, что двигатель работает по теоретическому циклу Сабате, то есть со смешанным подводом теплоты - горение начинается при постоянном объёме и заканчивается при постоянном давлении.

Фрагмент индикаторной диаграммы, показывающий процесс горения, изображён на рис. 13.3, где точка z_д соответствует максимальному давлению p_z в цилиндре. Линией cz’ z отмечен процесс подвода теплоты согласно циклу Сабате. Точка z показывает конец подвода теплоты, где имеет место максимальная температура цикла T_z. Штриховыми линиями отмечены контуры реальной индикаторной диаграммы, к которой приближают теоретическую c помощью скругления.

Для дизелей самоходных машин на номинальном режиме характерны параметры: p_z = 5 ... 16 МПа; T_z = 1800 ... 2300 К; степень повышения давления l = p_z / p_c = 2,5 ... 3,5; степень предварительного расширения r = V_z / V_c = 1,2 ... 1,7.

Для двигателей с принудительным воспламенением характерны: p_z = 3,5 ... 7,5 МПа; T_z = 2400 ... 2900 К; l = 3,2 ... 4,2; r = 1,05 ... 1,2. Причём, чем интенсивнее горение, тем больше l и меньше r, значит, выше КПД и среднее давление цикла. Для этого в дизелях интенсифицируют процесс подачи топлива и обеспечивают рациональный q_н.

Задавшись l, можно вычислить максимальное давление

p_z = l p_c. (13.19)

При выборе l необходимо обеспечить приемлемую жёсткость рабочего процесса, то есть нельзя превышать допустимую скорость нарастания давления p при горении, а именно

dp / dj < 70, МПа/рад, (13.20)

Где j - угол поворота коленчатого вала.

Далее оценивается коэффициент молекулярного изменения k_m по формуле (10.10).

Задавшись r, вычисляется величина максимальной температуры

T_z = l r T_c / k_m . (13.21)

С помощью первого закона термодинамики оценивают степень использования теплоты

z_z H_u = U_z – U_c + L_cz, (13.22)

где z_z - коэффициент использования теплоты;

H_u - низшая теплота сгорания топлива;

U_z, U_c - внутренняя энергия рабочего тела в точке z и в точке c индикаторной диаграммы соответственно;

L_cz - работа, произведённая рабочим телом на участке диаграммы cz.

Для дизелей с открытыми камерами сгорания z_z = 0,70 ... 0,88; с полуразделёнными камерами сгорания z_z = 0,65 ... 0,80; для двигателей с принудительным воспламенением z_z = 0,8 ... 0,95.

Как видим величина коэффициента использования теплоты изменяется в довольно широких пределах. На это влияет скорость реакции горения топлива, которая зависит от площади охлаждения (поверхности камеры сгорания), степени турбулизации рабочего тела и параметров процесса подачи топлива - дисперсности и концентрации топлива в камере сгорания.

В результате элементарных преобразований (13.22) уравнение теплового баланса при горении принимает вид

. (13.23)

где c_{m v}’ - средняя удельная изохорная теплоёмкость рабочей смеси.

С учётом связи изобарной и изохорной удельных мольных теплоёмкостей через c_{m p} – c_{m v} = 8,3 и температурных зависимостей:

c_{m v}’’ = 22,7 + 0,00326 T_z – 1,28 a; (13.24)

c_{m v}’ = 20,6 + 7,6 g_r + 0,0026 T_c – 0,0056 T_c g_r, (13.25)

с помощью (13.23) оценивается коэффициент использования теплоты z_z, в соответствии с которым формулируются требования для системы подачи топлива и др.

Процессы расширения и выпуска. Рабочий ход происходит совместно с процессом горения. Именно в такте расширения происходит преобразование тепловой энергии сгоревшего топлива в механическую работу. В реальном двигателе процесс расширения, так же, как и процесс сжатия, протекает по сложному политропному закону. Тем не менее существующая методика принимает, что показатель политропы расширения неизменен (n₂ = const). Значение среднего показателя политропы расширения вычисляют по зависимости

n₂ = 1,42 – 0,00135 e – 0,461×10^-4 T_z – 0,00764 a. (13.26)

Фрагмент индикаторной диаграммы, показывающий процессы расширения и выпуска, изображён на рис. 13.4, где точка b’ соответствует началу открытия выпускного клапана, точка b - давлению в конце политропного расширения. Точкой b’’ отмечено реальное давление в цилиндре при положении поршня в НМТ. Эта точка получается после скругления индикаторной диаграммы (штриховые линии на рис. 13.4).

В соответствии с рассматриваемой методикой процесс выпуска отработавших газов протекает по линиям blr (сплошные линии), то есть так же, как и процесс впуска принимается в виде совокупности изохорного и изобарного процессов.