24.Процесс расширения
Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линия сzb.
ри подходе поршня к НМТ давление и температура газа в цилиндре понижаются и скорость истечения отработавших газов падает.
Когда поршень подойдет к НМТ, давление в цилиндре понизится. При этом критическое истечение окончится и начнется основной выпуск.
Истечение газов во время основного выпуска происходит с меньшими скоростями, достигающими в конце выпуска 60–160 м/сек.
Таким образом, предварение выпуска менее продолжительно, скорости газов очень велики, а основной выпуск примерно в три раза продолжительнее, но газы в это время выводят из цилиндра с меньшими скоростями.
Поэтому количества газов, выходящих из цилиндра во время предварения выпуска и основного выпуска, примерно одинаковы.
По мере уменьшения частоты вращения двигателя уменьшаются все давления цикла, а следовательно, и давления в момент открытия выпускного отверстия. Поэтому при средних частотах вращения сокращается, а при некоторых режимах (при малых оборотах)
совершенно пропадает истечение газов с критическими скоростями, характерными для предварения выпуска.
Процесс расширения протекает с переменным теплообменом по еще более сложному закону, чем процесс сжатия, так как кроме охлаждения расширяющихся газов добавляются явления догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации. В начале политропного процесса расширения подвод теплоты к газу вследствие догорания топлива превалирует над отводом ее в стенки камеры сгорания, и этот участок процесса расширения приближается к изотермическому (показатель политропы расширения близок по значению к единице). В дальнейшем, по мере снижения интенсивности догорания топлива, наступает момент, когда процесс расширения становится адиабатным и показатель политропы будет равен показателю адиабаты, определенному по средней температуре процесса. Конечная фаза процесса расширения сопровождается интенсивным отводом теплоты от рабочего тела, и показатель политропы становится больше показателя адиабаты. При определении параметров рабочего тела и работы расширения пользуются некоторым постоянным по значению показателем, равным среднему значению. Средний показатель политропы расширения n2 оценивают с учетом опытных данных: для дизельных двигателей n2 = 1.15 – 1.3; для карбюраторных двигателей n2 = 1.22 – 1.28. При расчете карбюраторных двигателей для определения показателя политропы расширения используют формулу, предложенную В. А. Петровым:
,
где n - частота вращения, об./мин.
Давление в конце процесса расширения может быть определено на основании известных термодинамических соотношений для политропического процесса
,
От куда
.
Для карбюраторных двигателей, в которых все тепло сообщается при V = const, а следовательно,
,
,
;
для дизельного двигателя:
,
,
.
Величина
называется
степенью
последующего расширения,
тогда
.
В карбюраторных двигателях при полностью открытой дроссельной заслонке давление в конце процесса расширения близко к 0.4 МПа. По мере дросселирования это давление понижается прямо пропорционально давлению всасывания и на холостом ходу двигателя составляет примерно 0.15 МПа. В дизелях давление конца расширения также близко к 0.4 МПа и при уменьшении нагрузки понижается незначительно.
Д
ля
определения температуры конца расширения
можно использовать соотношение
,
откуда
.Тогда для карбюраторных двигателей:
;
для дизелей:
Температура в конце процесса расширения перед открытием выпускного клапана для карбюраторных двигателей примерно равна 1200–1500 К. По мере дросселирования температуры несколько понижаются вследствие уменьшения количества тепла, выделяющегося при горении топлива.
В двигателях с высокими степенями сжатия температуры и давления в конце процесса расширения понижаются, так как сгоревшие газы сильнее расширяются.
В дизелях степени сжатия выше, чем в карбюраторных двигателях, а потому температура в конце процесса расширения на 200–300° ниже. Особенно резко понижается температура конца расширения дизелей при уменьшении нагрузки, что объясняется уменьшением количества впрыскиваемого топлива.