2.2.5. Процес розширення

Процес розширення протікає із змінним теплообміном по ще складнішому закону, ніж процес стиску, оскільки окрім охолоджування газів, що розширюються, додаються явища догорання палива і відновлення продуктів дисоціації. На початку політропного процесу розширення підвод теплоти до газу унаслідок догорання палива превалює над відведенням її в стінки камери згорання, і ця ділянка процесу розширення наближається до ізотермічної (показник політропи розширення близький за значенням до одиниці). Надалі, у міру зниження інтенсивності догорання палива, наступає момент, коли процес розширення стає адіабатним і показник політропи дорівнюватиме показнику адіабати, визначеному по середній температурі процесу. Кінцева фаза процесу розширення супроводиться інтенсивним відведенням теплоти від робочого тіла, і показник політропи стає більше показника адіабати. При визначенні параметрів робочого тіла і роботи розширення користуються деяким постійним за значенням показником, рівним середньому значенню. Середній показник політропи розширення n2 оцінюють з урахуванням досвідчених даних: для дизельних двигунів n2 = 1.15 – 1.3; для карбюраторних двигунів n2 = 1.22 – 1.28. При розрахунку карбюраторних двигунів для визначення показника політропи розширення використовують формулу, запропоновану Ст. А. Петровим:

,

де n - частота обертання, про./мин.

Тиск в кінці процесу розширення може бути визначене на підставі відомих термодинамічних співвідношень для політропічного процесу

,

звідки

.

Для карбюраторних двигунів, в яких все тепло повідомляється при V = const, а отже

, , ;

для дизельного двигуна:

, ,

.

Величина називається ступенем подальшого розширення, тоді

.

У карбюраторних двигунах при повністю відкритій дросельній заслінці тиск в кінці процесу розширення близько до 0.4 Мпа. У міру дроселювання цей тиск знижується прямо пропорціонально тиску всмоктування і на неодруженому ходу двигуна складає приблизно 0.15 Мпа. У дизелях тиск кінця розширення також близько до 0.4 Мпа і при зменшенні навантаження знижується трохи.

Для визначення температури кінця розширення можна використовувати співвідношення

,

звідки

.

Тоді для карбюраторних двигунів:

;

для дизелів:

.

Температура в кінці процесу розширення перед відкриттям випускного клапана для карбюраторних двигунів приблизно дорівнює 1200–1500 К. По мірі дроселювання температури декілька знижуються унаслідок зменшення кількості тепла, що виділяється при горінні палива.

У двигунах з високими ступенями стиску температури і тиску в кінці процесу розширення знижуються, оскільки згорілі гази сильніше розширюються.

У дизелях ступеня стиску вище, ніж в карбюраторних двигунах, а тому температура в кінці процесу розширення на 200–300° нижче. Особливо різко знижується температура кінця розширення дизелів при зменшенні навантаження, що пояснюється зменшенням кількості уприскуваного палива.

2.2.6. Процес випуску

Випускний клапан починає відкриватися в кінці процесу розширення з випередженням відносно НМТ на кут 40 ... 75° і закривається після ВМТ із запізнюванням на кут 10 ... 40°. Процес випуску в чотиритактних двигунах умовно можна розділити на три періоди:

1. Вільний випуск.

На початку відкриття випускного клапана тиск в циліндрі складає 0.4 ... 0.6 Мпа, а тиск у випускному трубопроводі 0.105 ... 0.12 Мпа. Під дією цього перепаду тиску відбувається закінчення газів з циліндра з початковою швидкістю 500 ... 700 м/с. Тривалість першого періоду відповідає приблизно куту випередження відкриття випускного клапана. При вільному випуску за відносно малий час з циліндра віддаляється 50 ... 65% відпрацьованих газів.

2. Примусовий випуск.

Вважається, що примусовий випуск продовжується під час руху поршня від НМТ до ВМТ. Закінчення газу з циліндра в цей період відбувається головним чином унаслідок зміни об'єму циліндра відповідно до закону руху поршня. Швидкість закінчення газу і перепад тиску у випускному клапані визначаються швидкістю переміщення поршня, відношенням площі поперечного перетину клапанної щілини до площі поршня, характером нестаціонарного потоку газу у випускному трубопроводі. Температура і тиск газу в циліндрі в період примусового випуску змінюються трохи.

3. Продування.

Продування здійснюється в період перекриття клапанів, коли залежно від співвідношення тиску газу в циліндрі, у впускному і випускному трубопроводах рух відпрацьованих газів може бути у різних напрямах. Якісне очищення циліндрів від відпрацьованих газів забезпечується в двигунах з настроєною системою газообміну.