Давление и температура в конце процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания

Расчет процесса расширения

Расчет процесса расширения сводится к определению среднего показателя политропы расширения n ₂ и параметров рабочего тела (давления p_b и температуры T_b)в конце процесса расширения.

1. В реальных двигателях расширение протекает по сложному закону, зависящему от теплообмена между газами и окружающими стенками, величины подвода теплоты в результате догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, утечки газа через неплотности, уменьшения теплоемкости продуктов сгорания вследствие понижения температуры при расширении, уменьшения количества газов в связи с началом выпуска (предварение открытия выпускного клапана).

Условно считается, что процесс расширения в действительном цикле протекает по политропе с переменным показателем, который в начальный период изменяется от 0 до 1 (идет настолько интенсивное догорание топлива, что температура газов повышается, несмотря на расширение), затем увеличивается и достигает значения показателя адиабаты (выделение теплоты вследствие догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации уменьшается и становится равным отводу теплоты за счет теплообмена и утечки газов через неплотности) и, наконец, превышает показатель адиабаты (выделение теплоты меньше отвода теплоты).

Для упрощения расчетов кривая процесса расширения обычно принимается за политропу с постоянным показателем n ₂. Величина среднего показателя политропы расширения n ₂ устанавливается по опытным данным в зависимости от ряда факторов. Значение n ₂ возрастает с увеличением коэффициента использования теплоты, отношения хода поршня S к диаметру D цилиндра и интенсивности охлаждения. С ростом нагрузки и увеличением линейных размеров цилиндра (при S / D =const) средний показатель политропы расширения n ₂ уменьшается. При увеличении быстроходности двигателя величина n ₂, как правило, снижается, но не для всех типов двигателей и не на всех скоростных режимах.

Учитывая, что по опытным данным величина среднего показателя политропы расширения n ₂ незначительно отличается от показателя адиабаты k ₂ и, как правило, в меньшую сторону, при предварительных расчетах двигателей величину n ₂ можно оценить по величине k ₂ для соответствующих значений степени сжатия ε или – для дизеля – степени последующего расширения δ=ε/ρ, коэффициента избытка воздуха и температуры в конце процесса сгорания T_z.

Для упрощения расчетов по определению k ₂ построены номограммы (рис. 7.1 и 7.2).

Определение k ₂ по номограммам производится следующим образом: по имеющимся значениям ε (или δ для дизеля) и T_z определяют точку, которой соответствует значение k ₂ при α=1. Для нахождения значения k ₂ 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. 7.1. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения k 2 для бензинового двигателя

Средние значения величины n ₂, полученные из анализа индикаторных диаграмм, для различных современных автомобильных и тракторных двигателей изменяются в пределах (для номинальной нагрузки), указанных в табл. 7.1.

Рис. 7.2. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения k 2 для дизеля

Таблица 7.1