2.4. Процесс расширения

Параметрами, характеризующими состояние рабочего тела в процессе расширения, являются (рис. 4):

p_b – давление в конце процесса расширения, МПа;

T_b – температура в конце процесса расширения, К.

Рис. 4. Изменение давления в процессе расширения:

а – бензиновый двигатель; б – дизель

Значения давления и температуры в конце процесса расширения определяются по формулам политропического процесса.

Для двигателей, работающих с подводом теплоты при постоянном объеме

, (2.23)

; (2.24)

для двигателей, работающих по циклу со смешенным подводом теплоты при V = const и р = const

, (2.25)

, (2.26)

где δ= ε/ρ – степень последующего расширения.

Показатель политропы расширения n₂ незначительно отличается от показателя адиабаты k₂ для соответствующих значений ε (или δ), α и T_z.

Показатель адиабаты k₂ определяется по номограммам (рис. 1.5 и 1.6). Определение k₂ по номограммам производится следующим образом: по имеющимся значениям ε (или δ для дизеля) и T_z определяют точку, которой соответствует значение k₂ при α = 1. Для нахождения значения k₂ при заданном α необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую α = 1, и далее параллельно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению α.

Рис. 5. Номограмма определения показателя адиабаты расширения k₂ для бензинового двигателя

Средние значения величины n₂ при номинальной нагрузке для автомобильных и тракторных двигателей изменяются в пределах:

для бензиновых двигателей………………… 1,23÷1,30

для дизелей…………………………………… 1,18÷1,28

Значения давления p_b и температуры T_b для автомобильных и тракторных двигателей на номинальном режиме лежат в пределах:

для бензиновых двигателей……………… p_b = 0,35÷0,60 МПа

T_b = 1200÷1700 К

для дизелей……………………………….. p_b = 0,25÷0,50 МПа

T_b = 1000÷1200 К

За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы.

Рис. 6. Номограмма определения показателя адиабаты расширения k₂ для дизеля

Изменение давления в процессе выпуска в цилиндре четырехтактного двигателя без наддува и с наддувом показано на рис. 7. Кривые b′b″r′da′ схематически показывают действительное изменение давления в цилиндре двигателя в процессе выпуска. Точки b′ и a′ на этих кривых соответствуют моментам открытия и закрытия выпускных клапанов. Прямые bl и lr являются расчетными прямыми процесса выпуска.

Рис. 7. Изменение давления в процессе выпуска

Точность выбора величины давления и температуры остаточных газов проверяется по формуле

. (2.27)

Параметры p_r и T_r задаются при расчете процесса впуска (см. раздел «Процесс впуска и газообмена»).

2.5. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса.

При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2÷1,7 ее основания.

При построении на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, (рис 8) соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе M_s. Масштаб M_s обычно принимается 1:1, 1,5:1 или 2:1.

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания, определяется из уравнения

ОА = АВ/(ε – 1) (2.28)

Отрезок z′z для дизелей, работающих по циклу со смешенным подводом теплоты (рис. 9)

z′z = ОА(ρ – 1) (2.29)

При построении диаграммы рекомендуется выбирать масштабы давлений М_р = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,08; 0,09; 0,10 МПа в мм.

За тем по данным расчета параметров действительного цикла на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: a, c, z, z, b, r.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V_c и V_a и между V_z и V_b, по уравнению политропы .

Рис. 8. Индикаторная диаграмма бензинового двигателя

Рис. 9. Индикаторная диаграмма дизельного двигателя

Для политропы сжатия , откуда

, (2.30)

где p_x и V_x – давление и объем в искомой точке процесса сжатия.

Отношение V_a/V_x изменяется в пределах 1÷ ε.

Аналогично для политропы расширения

(2.31)

Для бензиновых двигателей отношение V_b/V_x изменяется в интервале 1÷ε , для дизелей – 1÷ δ.

Определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме.

Построение индикаторной диаграммы производят, соединяя точки а и с, z и b плавными кривыми, а точки b и a, c и z – прямыми линиями.

Процессы впуска и выпуска принимают протекающими при р = const и V = const

Для проверки правильности построения диаграммы определяют

р_i = M_p/AB

где F – площадь диаграммы ac′c″z_дb′b″a.