Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания. Для упрощения термодинамических расчетов принимают: процесс сгорания для двигателей с воспламенением от искры происходит при V = const, т. е. при постоянном объеме цилиндра, при этом внешней работы газы не совершают и вся выделяющаяся теплота расходуется только на увеличение их внутренней энергии.
Чтобы определить максимальную температуру сгорания, необходимо решить уравнение сгорания относительно этой температуры. Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме, уравнение сгорания имеет вид:
.
Для двигателей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V=const и P=const, уравнение имеет вид:
.
В этих уравнениях ξz - коэффициент использования выделившейся теплоты на участке видимого сгорания, т. е. на участке cz. Этот коэффициент учитывает тот факт, что не все тепло, внесенное в цилиндр с топливом в виде химической энергии, используется на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение полезной работы.
Часть этой теплоты теряется вследствие теплоотдачи через стенки цилиндра, догорания топлива на линии расширения и диссоциации воды. По опытным данным величина коэффициента использования теплоты для двигателей с воспламенением от искры ξz = 0,8 ÷ 0,95. Степень повышения давления при сгорании λ = pz / рс . Для бензиновых двигателей λ = 3,2 ÷ 4,2. Принимаем ξz = 0,9 и λ = 3,8.
Поскольку сгорание топлива в бензиновом двигателе происходит с недостатком воздуха (а < 1), то часть химической энергии, внесенной в цилиндр с топливом, не может быть использована. Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг:
.
Теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб. см.:
.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
.
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
.
В уравнение сгорания входят сразу две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания tz, и теплоемкость продуктов сгорания при этой же температуре, поэтому последовательность действий по расчету температуры tz, следующая. Используя приближенные формулы для определения теплоемкости продуктов сгорания в конце видимого сгорания, определяют их числовое значение. Затем, подставляя полученные данные, находим tz.
Средние мольные теплоемкости при постоянном объеме и tz для составляющих продуктов сгорания при а < 1:
mcvC02" = 39,123 + 0,003349 tz,
mcvCО" = 22,490+ 0,001430 tz,
mcvН2О" = 26,67 + 0,004438 tz,
mcvH2" = 19,678 + 0,001758 tz,
mcvN2" =21,951 + 0,001457 tz,
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при а < 1
.
Уравнение сгорания после подстановки полученных численных значений всех известных параметров и последующих преобразований принимают вид уравнения второго порядка:
,
откуда
0C, а Tz = tz + 273,15 K.
Теоретическое максимальное давление сгорания для бензинового двигателя, МПа:
.
Действительное максимальное давление сгорания, МПа:
.