2. Процесс расширения.

Расширение, протекающее в течение рабочего хода поршня, является в безнаддувных двигателях единственным процессом, в котором совершается полезная работа, обеспечивающая на валу двигателя положительный крутящий момент.

В процессе расширения производится преобразование тепла, выделившегося при сгорании топлива, в механическую работу.

Процесс расширения в поршневых двигателях внутреннего сго­рания сопровождается: догоранием топлива, непрерывным тепло­обменом между рабочим телом и деталями цилиндра при пере­менных перепадах температур, переменной поверхности теплооб­мена и при переменных давлениях, утечкой газов через неплотно­сти в сопряжении поршень—цилиндр, диссоциацией и рекомбина­цией продуктов сгорания.

Догорание топлива и рекомбинация продуктов диссоциации приводят, несмотря на увеличение объема рабочего тела и отвод от него тепла, к увеличению температуры газов в начале про­цесса расширения. Как видно из рис. 3, температура достигает максимального значения после достижения максимального давле­ния в цилиндре р_z. Это свидетельствует о. том, что в начальной стадии процесс расширения протекает с подводом тепла и показа­тель политропы расширения на этом участке процесса ниже пока­зателя адиабаты k (в начале n₂ имеет отрицательные значения, до­ходя до нуля при р_{z макс} и при Т _макс достигает значения n₂=1).

Рис. 3. Изменение давления и температуры в цилиндре по углу поворота коленчатое вала

.

По мере дальнейшего перемещения поршня от в.м.т. к н.м.т. за­вершается процесс догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, увеличивается влияние отвода тепла от рабочего те­ла к стенкам цилиндра. При этом показатель политропы расши­рения увеличивается, приближаясь к показателю адиабаты. При некотором положении поршня подвод тепла становится равным отдаче тепла в стенки цилиндра, а мгновенное значение показате­ля политропы расширения становится равным значению показа­теля адиабаты. В конце процесса расширения преобладает отвод тепла и показатель политропы расширения монотонно растет по мере приближения поршня к н.м.т.

Таким образом, процесс расширения в двигателях внутреннего сгорания сопровождается явлениями, обуславливающими сложный характер его протекания. На рис. 4 показано изменение давления в цилиндре и показателя политропы расширения в зависимости от изменения объема над поршнем.

Ввиду трудности практического использования переменных значений показателя политропы расширения в расчетах действительный процесс расширения заменяют условным, происходящим с некоторым постоянным значением п₂.

Величина среднего показателя политропы расширения должна выбираться из условия, чтобы суммарный теплообмен в расчетном цикле был таким же, как и в действительном.

Рис. 4. Изменение показателя политропы в процессе расширения

Для политропического процесса при среднем показателе п₂ давление и температура конца процесса расширения определяются по формулам:

;

где - степень последующего расширения.

Для ДсИЗ , поэтому

;

9