Процесс расширения

В результате процесса расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Изменение давления в процессе расширения показано на рис. 17. Кривые z_Д b'b" схематически показывают действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе расширения. В реальных двигателях расширение протекает по сложному закону, зависящему от теплообмена между газами и окружающими стенками, величины подвода теплоты в результате догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, утечки газа через неплотности, уменьшения теплоемкости продуктов сгорания вследствие понижения температуры при расширении, уменьшения количества газов в связи с началом выпуска (предварение открытия выпускного клапана).

Величина среднего показателя политропы расширения п₂ устанавливается по опытным данным в зависимости от ряда факторов. Значение п₂ возрастает с увеличением коэффициента использования теплоты, отношения хода поршня S к диаметру D цилиндра и ин­тенсивности охлаждения. С ростом нагрузки и увеличением линейных размеров цилиндра (при S/D=const) средний показатель политропы уменьшается. При увеличении быстроходности двигателя величина п₂, как правило, снижается, но не для всех типов двигателей и не на всех скоростных режимах

Рис. 17. Изменение давления в процессе расширения:

а – бензинового двигателя; б – дизеля.

Средние значения величины п₂, полученные из анализа индикаторных диаграмм, для различных современных автомобильных и тракторных двигателей изменяются в пределах (для номинальной нагрузки): Для бензиновых двигателей ……………1,23 – 1,30

Для дизелей ….1,18 – 1,28

Для газовых двигателей ….1,25 – 1,35

Значения давления (МПа) и температуры (К) в конце процесса расширения определяются по формулам политропического процесса.

Для двигателей, работающих по циклам:

с подводом теплоты при постоянном объеме

со смешанным подводом теплоты

,

где = /р — степень последующего расширения.

Примерные значения давления р_b и температуры Т_b для coвременных автомобильных и тракторных двигателей без наддува (на номинальном режиме) лежат в пределах:

Для бензиновых двигателей р_b =0,35 — 0,60 МПа

и Т_b =1200 — 1700 К

Для дизелей р_b =0,25 — 0,50 МПа

и Т_b = 1000— 1200 К.

Процесс выпуска

За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы.

Изменение давления в процессе выпуска в цилиндре четырехтактного двигателя без наддува показано на рис. 18, а в двигателе с наддувом — на рис. 19. Кривые b'b"r'da' схематически показыва­ют действительное изменение давления в цилиндре двигателя в процессе выпуска. Точки b' и а' на этих кривых отмечают соответственно моменты открытия и закрытия выпускных клапанов. Прямые bl и lr являются расчетными прямыми процесса выпуска, которые после определения координат точек b и r ориентировочно заменя­ются кривыми b"r'd.

Открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т., снижая полезную работу расширения (площадь b'bb^’'b'), способствует качественной очистке цилиндра от продуктов сгорания и уменьшает работу, необходимую для выталкивания отработавших газов. В современных двигателях открытие выпускного клапана происходит за 40 — 80° до н.м.т. (точка b') и с этого момента начинается истечение отработавших газов с критической скоростью 600 —700 м/с. За этот период, заканчивающийся вблизи н.м.т. в двигателях без наддува и несколько позже при наддуве, удаляется 60 —70% отработавших газов. При дальнейшем движении поршня к в.м.т. истечение газов происходит со скоростью 200 — 250 м/с и к концу выпуска не превышает 60 — 100 м/с. Средняя скорость истечения газов за период выпуска на номинальном режиме нахо­дится в пределах 60 — 150 м/с.

Закрытие выпускного клапана происходит через 10 — 50° после в.м.т., что повышает качество очистки цилиндра за счет эжекционного свойства потока газа, выходящего из цилиндра с большой скоростью.

В начале расчета процесса впуска задаются параметры процесса выпуска (р_r и Т_r), а точность выбора величины давления и температуры остаточных газов проверяется по формуле