4.5. Процес розширення

У процесі розширення гази завдяки енергії палива, яке згоріло, ви­конують корисну механічну роботу - здійснюють робочий хід поршня. Звідси друга назва процесу - робочий хід.

У дійсному циклі процес розширення супроводжується такими фак­торами: теплообміном із стінками циліндра; витіканням газів крізь нещіль­ності поршневих кілець; тепловою дисоціацією газів.

На лінії розширення, як правило, догоряє робоча суміш, яка не встигла згоріти на лінії згоряння. Це явище більше виявляється у дизе­лях, ніж у ДВЗ з іскровим запалюванням. Внаслідок впливу перелічених факторів процес розширення відбувається не за адіабатою, а за полі-тропою із змінним показником п₂ .

4.5.1. Теплообмін між робочим тілом і стінками циліндра

На початку розширення під впливом догоряння тиск в циліндрі зме­ншується повільніше, тому показник політропи менший за показник аді­абати (рис. 4.34).

У міру зменшення догоряння й зростання втрат теплоти в стінки циліндра, у днище поршня і в головку циліндра тиск знижується швидше і показник п₂ стає більшим за показник адіабати. Для спрощення розра­хунків береться середнє значення п₂ і вважається, що воно стале.

Чим менший показник п₂, тим пологіша політропа розширення (рис. 4.35).

Витікання газу, теплообмін із стінками циліндра і теплова дисоціація газів підвищують показник політропи, вона стає крутішою. Догоряння знижує його. У цілому вплив

догоряння більший, тому показ­ник п₂ завжди менший від показника адіабати.

Оцінку впливу різних факторів на значення показника п₂ і на процес роз­ширення доцільно робити в залежності від впливу їх на догоряння. Так, коефі­цієнт надміру повітря в дизелях при збільшенні а до значень a = 3...3,5 підвищує швидкість згоряння і тим са­мим зменшує догоряння, що приводить до росту п₂.

У двигунах із іскровим запалюванням при збільшенні значень а від а = 1 швидкість згоряння змен­шується, догоряння зростає, значення знижується. Із зростанням частоти обертання колінчастого вала збільшується догоряння, і п₂ зменшується. При зни­женні навантаження у дизелі збільшується швидкість зго­ряння, зменшується дого­ряння суміші, внаслідок чого п₂ збільшується. В бензи­новому двигуні при зміні на­вантаження в протилежних напрямках діють два факто­ри: зменшення швидкості згоряння, яке приводить до збільшення догоряння, і збільшення відносних втрат теплоти у систему охолодження. Сукупна їх дія приводить до того, що зміна навантаження мало впливає на n₂

Значення показника політропи розширення п₂ наведено у табл.4.4

Таблиця 4.4

Параметри процесу розширення

4.5.2. Розрахунок процесу розширення

Мета розрахунку - визначення параметрів робочого тіла (р_ь , Т_ь) у кінці розширення, у точці b на діаграмі.

Тиск р_b і температура Т_b наприкінці розширення обчислюються за рівняннями політропи розширення:

Звідки для дизелів:

Відношення V_b/V_z=δ називається ступенем наступного розши­рення.

Для ДВЗ з іскровим запалюванням δ =ε , тому

Значення параметрів кінця розширення для сучасних автомобіль­них двигунів наведені в табл. 4.4.

У дизелів температура Т_b менша, бо температура Т_z на початку

розширення менша і відбувається більш глибоке розширення продуктів згоряння.