6. Процесс расширения и его параметры.

 

В начале расширения приток теплоты к газам превышает теплопотери, ха­рактер протекания процесса ближе к изотермическому и показатель поли­тропы расширения меньше показателя адиабаты . При дальнейшем расширении тепловые потери возра­стают, а приток теплоты к газам умень­шается, поэтому показатель политропы повышается. Когда теплопотери равны притоку теплоты, имеет место равен­ство . При последующем расши­рении, когда потери превышают приток теплоты, справедливо неравенство

Как и для процесса сжатия, в связи с трудностью учета всех явлений, со провождающих   процесс  расширения, в расчетах действительную кривую расширения с переменным показателем заменяют эквивалентной политропной кривой с постоянным показателем . При этом, поскольку при расширении суммарный теплоприток к газам больше суммарного теплоотвода, показатель эквивалентной политропны меньше пока­зателя адиабаты , а кривая политропны расширения расположена выше кривой адиабаты, но ниже кри­вой изотермы.

Давление и температура в конце процесса расширения.

На основании уравнения политропного процесса  можно записать: , откуда давление в ци­линдре в конце процесса расширения для цикла со смешанным подводом теплоты (дизели)

,

так как .

Для цикла с подводом теплоты при  (карбюраторные двигатели) давление в конце расширения , так как .

Обычно в дизелях  МПа, а в карбюраторных двигателях – 0,4-0,6 МПа. Меньшие значения давления в дизелях в основ­ном объясняются большей степенью расширения.

Температура газов в конце расши­рения может быть определена из урав­нения состояния газов, записанного для начала и конца процесса расши­рения:

,

.

откуда

.

Для дизелей , значит,

.

Для двигателя со сгоранием при  (карбюраторные двигатели)  и ; тогда

Обычно в дизелях  К, а в кар­бюраторных двигателях  К.

 

7. Процесс выпуска и его параметры.

 

Процесс выпуска в четырехтактных двигателях начинается в момент от­крытия выпускного клапана, т. е. с опе­режением на 40-60° поворота колен­чатого вала до прихода поршня в н. м. т., и заканчивается в момент закрытия клапана (при повороте коленчатого вала на 10-20° после в. м. т.). Следо­вательно, общая длительность процесса выпуска соответствует 230-260° п. к. в.

Открытие выпускного клапана с опе­режением вызвано стремлением умень­шить работу, затрачиваемую на вытал­кивание из цилиндра отработавших газов. При работе двигателя с полной нагрузкой в момент открытия выпуск­ного клапана с опережением давление в цилиндре существенно превышает давление окру­жающей среды, и отработавшие газы еще до прихода поршня в н.м.т. вы­текают из цилиндра с критической ско­ростью. Этот период называется первым периодом выпуска.

Рис.27.Диаграмма процесса выпуска в четырехтактном двигателе.

 

Критическая скорость истечения отработав­ших газов при температуре 1000-1700 К м/с и определяется по приближен­ной формуле .

Истечение газов с критическими ско­ростями всегда сопровождается ха­рактерным звуковым эффектом, для гашения которого двигатель оборуду­ется глушителем.

При давлении в цилиндре примерно 0,19 МПа (что имеет место вблизи н.м.т.) критическое истечение газов переходит в докритическое. Докритическое истечение отработавших газов во втором периоде выпуска, который заканчивается в момент закрытия вы­пускного канала, характеризуется бо­лее низкими скоростями, достигающими в конце процесса выпуска 60-100 м/с.

При работе двигателя с полной на­грузкой в первый период выпуска из цилиндра удаляется до 60 % отрабо­тавших газов. При дросселировании снижается, как отмечалось ранее, да­вление во всех точках цикла, а значит, и давление в момент открытия выпуск­ного клапана. Вследствие этого при дросселировании сокращается, а иногда и вовсе отсутствует первый период выпуска. Проявляется это в том, что при сильно прикрытых дроссельных за­слонках шум, сопровождающий вы­хлоп, значительно меньше.

В течение второго периода выпуска давление в цилиндре несколько изме­няется в зависимости от скорости поршня, конструкции выпускных органов и ряда других конструктивных и эксплу­атационных факторов: нагрузки, частоты вращения коленчатого вала, состава смеси и главным образом темпе­ратуры газов, сопротивления выпуск­ного тракта и схемы соединения выпускных каналов от отдельных цилинд­ров в общий коллектор. Обычно давле­ние во втором периоде выпуска условно считают постоянным и равным сред­нему давлению за весь такт выпуска:  МПа.

Температура отработавших газов в конце выпуска зависит в основном от тех же факторов, что и температура в конце расширения. Наиболее высокая температура газов имеет место при несколько обедненной смеси (примерно при  в карбюраторных двигателях). Увеличение нагрузки и ча­стоты вращения двигателя приводит к повышению температуры отработав­ших газов.

Температура газов в конце процесса выпуска в карбюраторных двигателях составляет  К, и дизелях – 700-900 К. [2]

Отработавшие газы обладают значи­тельной тепловой и кинетической энер­гией, использование которой позволяет улучшить мощностные и экономиче­ские показатели работы двигателя. С этой целью в выпускном тракте иногда устанавливается газовая турбина для привода нагнетателя (газотурбинный наддув) или эжектор для создания потока охлаждающего воздуха через paдиатор системы охлаждения (эжекторное охлаждение). Отработавшие газы используются также для подогрева свежего заряда во впускном коллекторе.