43. Особенности процесса расширения в действительном цикле. Влияние характеров протекания процессов догорания и теплоотдачи стенкам на теплоиспользование . Показатель политропы и его изменение в процессе расширения . Экспериментальные методы определения параметров процесса расширения .

Как следует из рассмотрения протекания действительных циклов, они отличаются от термодинамических тем, что:

1) периодически осуществляется смена рабочего тела, количество которого в процессе газообмена изменяется. На осуществление газообмена необходима затрата энергии (насосные потери);

2) рабочее тело получает теплоту и изменяет свой состав в результате сгорания топлива, которое сопровождается потерями из-за неполноты сгорания, а также конечной скорости, с которой протекает сгорание;

3) часть продуктов, образовавшихся при сгорании, подвергается диссоциации (распаду), происходящей тем интенсивнее, чем выше температура в цилиндре. Этот процесс идет с поглощением части выделившейся при сгорании теплоты. Затем при снижении температуры в процессе расширения газов может произойти обратный процесс — рекомбинация, при котором теплота вновь возвращается в цикл, но она оказывается менее ценной с точки зрения возможного превращения в работу. Следовательно, диссоциация продуктов сгорания представляет собой еще один источник потерь действительного цикла;

4) между рабочим телом и стенками цилиндра имеет место теплообмен. По этой причине процессы сжатия и расширения не являются адиабатными. В результате теплообмена в течение всего цикла часть теплоты теряется;

5) при повышении температуры теплоемкость газов возрастает и это также приводит к уменьшению работы цикла.

С уменьшением показателя политропы расширения возрастает работа, получаемая обратно от газа, находящегося в мертвом пространстве, однако одновременно понижается объемный коэффициент, так что площадь диаграммы, представляющая работу, соответствует уже меньшему количеству всасываемого газа, и удельная работа возрастает.

На величину показателя политропы расширения оказывают влияние: число оборотов вала двигателя, размер цилиндров, интенсивноcть охлаждения, дросселирование и ряд других факторов.

Средние значения показателя политропы расширения и сжатия изменяются в зависимости от степени перегрева пара в начале расширения и в конце сжатия. Уменьшение объема всасываемого газа при увеличении отношения давлений.

Согласно опытным данным значение показателя политропы расширения в тихоходных компрессорных дизелях достигает 1 5, а в быстроходных дизеля. Такое расхождение объясняется тем, что в бескомпрессорных двигателях наряду с интенсивным охлаждением имеет место некоторое догорание топлива до конца расширения.

На величину среднего значения показателя политропы расширения оказывает влияние ряд факторов.

Основные факторы, влияющие на показатель политропы расширения: замедленное падение температуры продуктов сгорания в связи с догоранием топлива по линии расширения; выделение дополнительного тепла вследствие частичного восстановления диссоциированных молекул Н20 и С02; различная теплоотдача газов в начале хода расширения, в середине и в конце его, пропуск газов через неплотности поршневых колец и клапанов.

В результате действия всех указанных выше факторов показатель политропы расширения в двигателях, работающих с наддувом, получается, как показывают эксперименты, примерно таким же, как и в двигателях без наддува. Установлено, что наибольшее влияние на величину показателя политропы расширения оказывает число оборотов вала двигателя.

44. Характер протекания процессов выпуска . Отдельные периоды процесса . Гидравлическое сопротивление в выпускной системе и их влияние на развиваемую двигателем мощность .

Процесс выпуска по характеру протекания может быть разделен на два принципиально различных периода.

Первый период выпуска начинается с момента открытия выпускного клапана, который в зависимости от оборотов двигателя начинается с опережением на π/6 /3 рад(3560°) поворота кривошипа до н.м.т. и заканчивается при положении поршня в в.м.т. В цилиндре двигателя к моменту открытия выпускного клапана имеется еще значительное избыточное давление газов до 0,4 0,5 Мн/м2(4 5 кГ/см2) при высокой их температуре (1000—1200°К), поэтому удаление газов из цилиндров в этот период происходит со скоростями, достигающими 500—600 м/сек.

Второй период выпуска совпадает с движением поршня от н.м.т до момента закрытия выпускного клапана и соответствует π рад(180° и более поворота кривошипа). Во время второго периода выпуска выбрасывание отработавших газов из цилиндров осуществляется благодаря вытесняющему действию поршня. Скорость газов при этом снижается до 60—100 м/сек.Несмотря на значительную разницу в продолжительности первого и второго периодов выпуска (первый период примерно в три раза короче второго), за первый период из цилиндров удаляется примерно 60% всех отработавших газов. Это показывает целесообразность и необходимость предварительного открытия выпускного клапана, несмотря не некоторую потерю площади индикаторной диаграммы, так как в противном случае во время выталкивающего хода поршня будут иметь место значительно большие потери работы на вытеснение газов из цилиндров.

При работе двигателя на сильно прикрытом дросселе первый период выпуска протекает не так интенсивно, как при работе на полном дросселе, так как в конце расширения при таком режиме давление выпуска лишь незначительно превышает давление окружающей среды.

В процессе эксплуатации двигателя желательно получить возможно меньшее давление газов в цилиндре во время второго периода выпуска. Это необходимо для увеличения последующего наполнения цилиндров свежей смесью и улучшения условий ее сгорания. Величина давления газов в течение всего процесса выпуска меняется в зависимости от скорости движения поршня. Однако для практических расчетов обычно пользуются средними ее значениями, которые зависят от числа оборотов вала двигателя (скорости поршня), от проходного сечения клапанов и трубопроводов, а также от наличия глушителя. Средние значения давления выпуска лежат в пределах от 0,105 до 0,125 Мн/м2(1,05— 1,25 кГ/см2). В некоторых случаях для уменьшения давления выпуска увеличивают размеры выпускного клапана, в ряде конструкций применяют по два выпускных клапана.

45. Факторы , влияющие на величину потерь при выпуске . Температура газа в выпускном трубопроводе . Методы глушения шума , возникающего в процессе выпуска .

При больших нагрузках двигателя потерн на впуске сравнительно невелики, но зато возрастают потери во время такта выпуска, особенно в случае применения газораспределения, обеспечивающего слишком малое время-сечение при предварении открытия выпускного клапана или повышенном сопротивлении системы выпуска. Особое внимание следует уделять выбору выпускной системы в случае применения глушителей с повышенным сопротивлением (для выполнения норм по уровню шума), при установке нейтрализаторов и при газотурбинном наддуве.

Уменьшение потерь на газообмен в двигателе может быть достигнуто следующими способами:

осуществлением рабочих процессов, позволяющих использовать качественное или смешанное регулирование нагрузки (двигатели с послойным распределением горючей смеси, форкамерные двигатели и др.);

отключением части цилиндров многоцилиндрового двигателя и переводом их на рабочий процесс с минимальными газодинамическими и тепловыми потерями; остальные цилиндры при этом работают с более высоким КПД вследствие меньшего разрежения на впуске и лучшего протекания процесса сгорания;

интенсивным подогревом горючей смеси при работе двигателя с малой нагрузкой; снижение плотности заряда дает возможность уменьшить разрежение на впуске; изменением время-сечения органов газораспределения.