2015-01-30
4307
Назначение и протекание процесса расширения
Процесс расширения является единственным процессом рабочего цикла, в течение которого совершается полезная работа. Начинается он с началом снижения давления в цилиндре и заканчивается к моменту прихода поршня в НМТ.
Расширение происходит при изменении площади поверхности теплообмена, а также давления в надпоршневом пространстве и сопровождается потерями незначительного количества рабочего тела через кольцевые уплотнения.
В начальной стадии расширение происходит с подводом теплоты, так как в это время заканчивается догорание и наблюдается рост температуры. Поэтому значение показателя политропы расширения n 2 ниже показателя адиабаты расширения k 2, в некоторых случаях даже меньше 1. По мере движения поршня к НМТ процесс догорания затихает и начинает преобладать теплоотвод в стенки цилиндра. При этом n 2 растет, приближаясь к значению k 2.
При некотором положении поршня отвод теплоты и в то же время продолжающийся, но ослабевающий подвод теплоты становятся равными: n 2 = k 2.
При дальнейшем расширении отвод теплоты от рабочего тела начинает преобладать, и n 2 становится больше k 2.
Таким образом, расширение следует рассматривать как политропный процесс с переменным показателем политропы расширения n 2 (рис. 20).
Рис. 20. Изменение в процессе расширения показателей Т, р, n 2 и k 2.
Из-за трудности использования переменных значений n 2 при тепловых расчетах двигателей пользуются условным средним значением показателя политропы расширения.
В зависимости от типа двигателя и режима его работы средние значения политропы расширения изменяются от 1,18 до 1,32.
Рассматривая влияние различных факторов на процесс расширения, следует иметь в виду, что чем меньше значение n 2, тем индикаторная диаграмма будет более пологой, что означает получение большей полезной работы цикла.
На процесс расширения оказывают влияние следующие факторы:
1. Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала сокращается время контакта рабочего тела со стенками цилиндра и утечки газа через зазоры между поршнем и цилиндром, что приводит к уменьшению значения n 2.
2. Нагрузка. В карбюраторных двигателях с ростом нагрузки значение показателя n 2 почти не изменяется, в дизелях этот показатель уменьшается вследствие увеличения фазы догорания.
3. Размеры цилиндров. При неизменном рабочем объеме цилиндра с увеличением отношения S/D значение показателя n 2 уменьшается.
4. Конструкция камеры сгорания. С увеличением размеров камеры сгорания повышается отвод теплоты от рабочего тела, поэтому значение показателя n 2 увеличивается.
5. Техническое состояние двигателя. При износе цилиндропоршневой группы возрастают утечки рабочего тела, что аналогично отводу теплоты. Поэтому в изношенных двигателях значение показателя будет выше, чем у двигателей, имеющих хорошее техническое состояние.
