1.6 Процесс расширения

Расширяясь, газы производят работу. Их давление и температура понижаются по закону политропы.

Определяются параметры:

рb – ?

Тb – ?

Рисунок 4. К расчёту показателей процесса расширения

В процессе расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу (рис. 4 линия zb). Процесс расширения протекает по политропе с переменным показателем n₂.

В расчётах принимается условный процесс расширения со средним показателем n₂ (для карбюраторных двигателей n₂ = 1,23…1,30; для дизелей n₂ = 1,18…1,28; для газовых двигателей n₂ = 1,25…1,35). Следует учитывать, что меньшие значения n₂  относятся к высокооборотным двигателям с высоким наддувом и невысокими значениями λ.

Давление газов в конце процесса расширения (МПа) рассчитывается по уравнению политропического процесса:

					(1.25)
где	рb		–	давление в конце процесса расширения, МПа;
	рz		–	максимальное (теоретическое) давление в конце процесса сгорания, МПа;
	ε		–	степень сжатия.

Температура газов в конце процесса расширения (К) рассчитывается по уравнению политропического процесса:

					(1.26)
где	Тz		–	температуру в конце процесса сгорания, К.

1.7 Процесс выпуска

Выпуск отработавших газов занимает полный ход поршня при его движении от Н.М.Т. к В.М.Т. (линия b r).

Рисунок 5. К расчёту процесса выпуска

Проверка правильности ранее принятой температуры остаточных газов выполняется по выражению:

					(1.27)
где	рr		–	давление остаточных газов, МПа.

Значение, полученное по формуле 1.27, сравнивается со значением, выбранным в пункте 1.3. Погрешность расчёта не должна превышать 5%.

1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

К индикаторным показателям двигателя относятся:

– среднее индикаторное давление – р_i;

– индикаторный КПД – η_i;

– индикаторный удельный расход топлива – q_i;

– индикаторная мощность – N_i;

Среднее индикаторное давление – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя определяемого как отношение теоретической расчётной работы газов за один цикл к ходу поршня.

Для бензинового двигателя среднее индикаторное давление (МПа) для нескруглённой (теоретической) диаграммы определяется по формуле:

(1.28)

Для дизеля, работающего по циклу со смешанным подводом теплоты среднее индикаторное давление (МПа) определяется по формуле:

					(1.29)
где	λ		–	степень повышения давления;
	ρ		–	степень предварительного расширения (для автотракторных дизелей ρ = 1,2…2,4);
	δ		–	степень последующего расширения.

Степень предварительного расширения определяется по формуле:

					(1.30)
где	β		–	коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси (β = 1,03…1,05).

Степень последующего расширения определяется по формуле:

(1.31)

Среднее индикаторное давление (МПа) действительного цикла отличается от теоретического вследствие скругления расчётной диаграммы в точках с, z, b и определяется по формуле:

					(1.32)
где			–	коэффициент полноты диаграммы (для карбюраторных двигателей = 0,94…0,97; для двигателей с электронным впрыском топлива = 0,95…0,98; для дизелей = 0,92…0,95).

Индикаторный КПД характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы.

Индикаторный КПД для газового двигателя определяется по формуле:

					(1.33)
где	М1		–	количество горючей смеси, кмоль;
	рi		–	среднее индикаторное давление, МПа;
	Тк		–	температура воздуха за компрессором, К (для двигателей без наддува Тк = То = 293 К);
	Нu		–	низшая теплота сгорания топлива, Дж/м3;
	ηV		–	коэффициент наполнения;
	рк		–	давление воздуха за компрессором (для двигателей без наддува рк = ро = 0,1 МПа).

Индикаторный удельный расход газового топлива (м³/кВт·ч) определяется по формуле:

					(1.34)
где	Нu		–	низшая теплота сгорания топлива, МДж/м3.

Индикаторный удельный расход теплоты на единицу мощности газового двигателя (МДж/кВт·ч) определяется по формуле:

(1.35)

Индикаторной мощностью двигателя называется работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени. Индикаторная мощность двигателя (кВт) определяется по формуле:

					(1.36)
где	рi		–	среднее индикаторное давление, МПа;
	Vh		–	рабочий объём одного цилиндра, л (дм3);
	i		–	число цилиндров;
	n		–	номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;
	τ		–	тактность двигателя.