Процесс расширения. параметры процесса расширения

В отличие от идеального в рабочем цикле газы расширяются не по адиабате, а по политропе с переменным показателем п₂.

В течение всего процесса расширения происходит теплообмен между газами и стенками цилиндра. В начале расширения в результате догорания топлива к газу будет подводиться теплота. За этот период n₂<k, и политропа расширения расположится выше адиабаты (рис. 241). Затем догорание топлива ослабляется и п₂ повышается.

По окончании догорания приток теплоты к газу прекратится, и вследствие дальнейшей теплоотдачи значение п₂ становится больше k (участок кривой mb).

Среднее значение п₂ может колебаться от 1,20 до 1,35. На величину п₂ влияют следующие факторы:

1. Догорание топлива, уменьшающее значение п₂. При этом кривая расширения располагается выше адиабаты, приближаясь к изотерме.

В дизелях процесс догорания заканчивается примерно на 1/3 хода поршня.

2. Теплоотдача от газа через стенки цилиндра к охлаждающей воде.Она увеличивает п₂, и линия расширения будет проходить ниже адиабаты, так как n₂>k.

3. Быстроходность двигателя, с повышением которой догорание увеличивается и значение п₂ уменьшается. С изменением режима работы двигателя изменяется и значение п₂. При увеличении частоты вращения продолжительность (по времени) теплоотдачи, а следовательно, и п₂уменьшаются. Догорание и диссоциация продуктов сгорания будут иметь наибольшие значения в начале процесса расширения.

4.Однако плохое смесеобразование и поздняя подача топлива могут привести к его догоранию на протяжении почти всего хода расширения, результатом которого будет высокая температура выпускных газов (т.b), повышенный расход топлива, перегрев ДВС и пониженная мощность.

В расчетном цикле предполагается, что расширение происходит до н. м. т. Следовательно, объем в конце расширения Vbбудет равен полному объему цилиндра V_a- Определим давление Рb и температуру Тbв конце расширения.

Из уравнения политропы для точек начала и конца расширения

Рz V z ⁿ²=Р_b Vⁿ_bⁿ²= Р_b Va ⁿ² получим, что Р_b= Рz(V z/ Va) ⁿ²

Умножив и разделив правую часть уравнения на Vс ⁿ², находим что

Р_b= Рz(V z/ Vс∙ V с/ V a ) ⁿ²

Отношение V z/ Vс=ρ называется степенью предварительного расширения

Отношение V a / V z = δ называется степенью последующего расширения

Подставив значения ρ иV с/ V a=1/ε , получим давление в конце расширения для циклов смешанного и медленного сгорания : Р_b= Рz(ρ/ε) ⁿ²

Т_z V_z ^n2-1= T_b V_b ^n2-1= Т_b Vа ^n2-1

T_b= Т_z(V_z/ V с^∙ V с/ V a) ^{n2-1 выпускных газов и охлаждения ДВС.}

откуда T_b= Т_z(ρ/ε) ^n2-1 или T_b= Т_z/δ ^n2-1

Для двигателей со сгоранием при постоянном объеме δ = ε. Значит, T_b= Т_z/ε ^n2-1

По опытным данным для дизелей Р_b = (0,24—0,49) Мн/м² = (2,4-4,9) кгс/см² и Т_ь= (900-200)°К.

В период выпуска преодолеваются вредные сопротивления в выпускном канале, трубопроводе и глушителе, на что затрачивается работа. Она увеличивается с повышением скорости газов. Давление газов в цилиндре за период выпуска не остается постоянным, в результате чего они движутся с переменной скоростью. В начале выпуска скорость их больше, чем в конце.

Ввиду того что колебания давления газов при выпуске не поддаются точному теоретическому подсчету, в расчетах обычно вместо переменного давления используют среднее постоянное давление газов в период выпуска.

Необходимо различать давление в период выпуска в цилиндре Pr и давление в выпускной трубе. Среднее давление в период выпуска Pr в цилиндре выше давления в выпускной трубе.

Температура газов в период выпуска как в цилиндре, так и в выпускном трубопроводе также не остается постоянной.

Средняя температура газов непосредственно за выпускным коллектором для двигателей, по данным проф. Ваншейдта, находится в пределах (250-450) °С

Ответить на следующие вопросы:

1. почему такт расширения ( рабочий ход ДВС) является политропным.

2. понятие степени предварительного расширения.

3. понятие степени последующего расширения.

4. от каких факторов зависит значение температуры выпускных газов.

4. как реально на двигателях контролируют Тz