Показатель политропы расширения

Величина среднего показателя политропы расширения n₂ устанавливается по опытным данным в зависимости от ряда факторов. Величина n₂ 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 расширения n₂ уменьшается. При увеличении быстроходности двигателя величина n₂, как правило, снижается, но не для всех типов двигателей и не на всех скоростных режимах.

Для решения практических задач теплового расчета двигателя средние значения показателя политропы n₂ принимают:

для карбюраторных двигателей 1,23 … 1,30

для дизелей 1,18 …1,28

для газовых двигателей 1,25 … 1,35

Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяется по номограмме (см. Рис. 3 и 4) при заданном  для соответствующих значений  и T_z.

Определение k₂ по номограммам производится следующим образом: по имеющимся значениям  (или  для дизеля) и Т_z определяют точку, которой соответствует значение k₂ при  = 1. Для этого с нижней шкалы восстанавливают вертикальную линию до точки пересечения с кривой температуры. Для нахождения значения k₂ при заданном  необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую  = 1, и далее эквидистантно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению . На рис. 3 и 4 показано определение k₂ для рассчитываемых карбюраторного двигателя и дизеля.

Параметры конца расширения

В результате процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу.

Значения давления (МПа) и температуры (К) в конце процесса расширения для карбюраторных двигателей составляют:

p_b = p_z/ⁿ²; T_b = T_z/^n2-1.

Для дизелей

p_b = p_z/ⁿ²; T_b = T_z/ ^n2-1.

где  - степень последующего расширения для дизелей,  =  / ,  - предварительная степень расширения.

Значения давления p_в (МПа) и температуры T_в (°К) в конце процесса расширения для современных автомобильных и тракторных двигателей без наддува (на номинальном режиме) определяем по табл. 13.

Таблица 13

Параметры в конце процесса расширения на номинальном режиме

Тип двигателя	pв , МПа	Tb , °К
Карбюраторный	0,35…0,6	1200…1700
Дизельный	0,2…0,5	1000…1200

Ранее принятую температуру остаточных газов проверяют по формуле

T_r = T_b/(p_b/p_r)^1/3.

После того как определена температура остаточных газов, ее сравнивают с той, что принимали в начале. При расхождении значений этих температур более чем на 5%, принимают новую температуру T_r и повторяют расчет.

Рис. 3. Номограмма определения показателя адиабаты расширения k₂ для бензинового двигателя.

Р ис.4. Номограмма определения показателя адиабаты расширения k₂ для дизеля.

Индикаторные параметры рабочего цикла

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторным давлением, индикаторной мощностью, индикаторным КПД и удельным индикаторным расходом топлива.

1. Среднее индикаторное давление расчетного цикла (МПа) – не сглаженное:

-для карбюраторных двигателей

,

-для дизелей

2. Среднее индикаторное давление действительного цикла (МПа)

p_i = _n p'_i.

где _п - коэффициент полноты диаграммы (для карбюраторных двигателей _п = 0,94...097, для дизелей _п = 0,92...0,95).

При работе на полной нагрузке величина p_i (МПа) достигает:

для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,6…1,4

для четырехтактных карбюраторных двигателей

форсированных до 1,6

для четырехтактных дизелей без наддува 0,7 …1,1

для дизелей с наддувом до 2,2.

Меньшие значения среднего индикаторного давления в дизелях без наддува по сравнению с карбюраторными двигателями объясняются тем: что дизели работают с большим коэффициентом избытка воздуха. Это вызывает неполное использование рабочего объема цилиндра и дополнительные потери теплоты на нагревание избыточного воздуха.

3. Индикаторная мощность двигателя N_i - работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени. Для многоцилиндрового двигателя (кВт)

N_i = p_i V_h i n/(30),

где p_i - среднее индикаторное давление, МПа; V_h - рабочий объем одного цилиндра, л(дм³); i - число цилиндров,  - тактность двигателя.

Для четырехтактного двигателя

N_i = p_i V_h i n/120.

Индикаторная мощность одного цилиндра

N_i = p_i V_h n/(30).

4. Индикаторный коэффициент полезного действия характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом:

_i = (p_i l₀ )/(H_u ₀ _v),

где ₀ - плотность заряда при впуске, кг/м³; P_i выражено в МПа; l₀ - в кг/кг топл.; H_u - в МДж/кг топл.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей, работающих на номинальном режиме, величина индикаторного КПД составляет:

для карбюраторных двигателей 0,26…0,35

для дизелей 0,38…0,50

для газовых двигателей 0,28…0,34.

5. Удельный индикаторный расход топлива

g_i = 3600/(H_u _i).

Удельные расходы g_i топлива на номинальном режиме, г/(кВт.ч):

для карбюраторных двигателей 235…320

для дизелей 170…230.