ние продуктов диссоциации на различных участках хода расширения протекают с различной интенсивностью.
Анализом действительных индикаторных диаграмм установлено, что суммарное выделение теплоты в результате этих двух явлений происходит интенсивнее при более высоких температурах, т. е. в первой части хода расширения, и постепенно затухает с приближением поршня к и. м. т.
Степень охлаждения расширяющихся газов, зависящая, в основном, от трех факторов: разности температур, величины поверхности охлаждения и времени, меняется во-время хода поршня вследствие того, что за период расширения получаются:
а) непрерывное уменьшение разности температур между газами и стенками цилиндра;
б) непрерывное увеличение охлаждающей поверхности при удалении поршня от в. м. т. ;
в) изменение продолжительности охлаждения газов для различных участков хода расширения вследствие движения поршня с переменной скоростью.
Уменьшение количества расширяющихся газов в результате выхода этих газов из цилиндра через неплотности поршневых колец и клапанов также неодинаково для различных участков хода поршня, так как давление газов в цилиндре непрерывно уменьшается с удалением поршня от в. м. т. Все это, включая также влияние понижения температуры при расширении на теплоемкость рабочих газов, является причиной весьма сложного изменения показателя действительной линии расширения.
При нормальной работе двигателя показатель политропы расширения «2 В начале расширения меньше показателя адиабаты ki. Далее по ходу расширения показатель политропы расширения увеличивается и в конце хода расширения становится больше показателя адиабаты. Из-за трудности учета всех явлений, сопровождающих процесс расширения, принято, как и для процесса сжатия, при определении параметров газов и работы расширения пользоваться политропой с некоторым средним показателем Ui, постоянным для всего хода поршня.
Величина абсолютного давления газов в цилиндре в конце хода расширения в предположении, что выпускной клапан начинает открываться вн. м. т., люжет быть определена по давлению р- Если воспользоваться уравнением политропы со средним показателем Ui, можно написать
]р, = р,[У==кг1см\ (133)
Так как для двигателей, работающих с принудительным зажиганием рабочей смеси (цикл со сгоранием при V = const), = V<, и Ь = е, то в этом случае
(134)
Абсолютная температура газов в цилиндре в конце хода расширения Т,, соответствующая давлению р,, может быть подсчитана по температуре Т, если воспользоваться уравнением политропы*
По аналогии с предыдущим
ь=-Т7°абс. (135)
Для двигателей, работающих по циклу со сгоранием по V = const,
7,==-° абс. (136)
Процесс расширения ИЗ
Средний показатель политропы расширения
Средний показатель плитропы расширения оценивают на основании опытных величии, полученных в результате исследования индикаторных диаграмм выполненных образцов двигателей. Чтобы иметь возможность более широко использовать при проведении тепловых расчетов эти экспериментальные данные, необходимо знать зависимости показателя политропы от основных факторов, определяющих" процесс раснтирения, и руководствоваться этими зависимостями при оценке для рассматриваемых режимов работы проектируемых двигателей.
Так как показатель «2 в основном зависит от интенсивности догорания и охлаждения газов, а также от потерь через неплотности за время хода расширения, то в связи с этим следует рассмотреть влияние на Пч таких основных факторов, как скорость сгорания, число оборотов, размеры цилиндра и .пр.
Влияние скорости сгорания. Изменение скорости сгорания, определяющей количество топлива, успеваюидего сгореть в цилиндре за период видимого .сгорания, влияет на количество -топлива, догорающего за период расширения. С уменьшением скорости сгорания количество догорающего топлива увеличивается, вследствие чего кривая расширения получается более пологой, что приводит к уменьшению показателя п. Если же за период видимого сгорания уменьшается количество сгорающего топлива, то это означает, что коэффициент использования теплоты уменьшается. Следовательно, с уменьшением коэффициента уменьшается и показательна.
Влияние числа оборотов. При увеличении числа оборотов коленчатого вала сокращается продолжительность процесса расширения, вследствие чего уменьшается теплообмен газов со стенками; при этом уменьшаются и потери газов через неплотности поршневых колец и клапанов.
Влияние догорания на показатель при изменении числа оборотов определяется зависимостью скорости сгорания топлива от числа оборотов. При увеличении числа оборотов, с одной стороны, усиливается завихрива-ние смеси или воздуха в цилиндре, что увеличивает скорость сгорания; с другой стороны, при этом уменьшается коэффициент наполне1шя и увеличивается содержание остаточных газов в рабочей смеси, что приводит к уменьшению скорости сгорания.
Ряд опытов, проведенных на двигателях, показал, что скорость сгорания непрерывно возрастает с увеличением числа оборотов; это возрастание несколько замедляется при переходе к более высоким оборотам (в этом случае влияет также увеличенное содержание остаточных газов в смеси). В итоге при увеличении числа оборотов догорание в период расширения усиливается, так как в данном случае сокращение продолжительности процесса сгорания пе компенсируется более медленным возрастанием скорости сгорания.
Опыты показывают, что одновременное влияние всех указанных факторов проиводит к уменьшению показателя с увеличением числа оборотов. Это можно объяснить преимущественным влиянием теплоотдачи и потерь газов через неплотности в диапазоне малых оборотов и увеличением догорания топлива при более высоких числах оборотов.
Влияние размеров цилиндра. С изменением размеров цилиндра величина среднего показателя политропы /г? изменяется, в основном, вследствие изменения степени охлаждения расширяющихся газов. При увеличении рабочего объема цилиндра двигателя, при условии сохранения постоянным отношения хода поршня к диаметру, как указывалось выше, степень охлаждения газов уменьшается в результате сокращения охлаждающей поверхности, приходящейся на единицу объема расширяющихся
8 Орлин и др. 2146
После подстановки выражения /IL,, в уравнение баланса теплотьз и некоторых преобразований его можно привести к следующему виду:
газов. Поэтому с увеличением размеров цилиндра при постоянном отношении хода поршня к диаметру цилиндра средний показатель политропы расширения n-i уменьшается.
То же самое можно сказать относительно влияния неплотностей. При указанном BbiHie увеличении рабочего объема цилиндра уменьшается относительная потеря газов через неплотности, так как объем газов, находящихся в цилиндре, увеличивается при этом сильнее, чем площадь сечений зазоров, через которые газы могут выходить из цилиндра в процессе расширения. Это также приводит к уменьшению показателя с увеличением размеров цилиндра.
Иная картина может получиться нри увеличении отношения хода поршня к его диаметру и сохранении постоянства величины рабочего объема цилиндра Vfi. При этих условиях охлаждающая поверхность цилиндра, приходящаяся на единицу объема газов, увеличивается, и линия расширения имеет больший средний показатель «2-
Тепловой баланс в процессе расширения
Средний показатель политропы расширения, а в частном случае адиабаты расширения, можно найти по методу Е. К. Мазипга, составляя баланс теплоты за период расширения.
Если к концу расширения у точки b топливо сгорает полностью, то по уравнению (П7) при X 1
htiu=ti,-Q,, (137)
где Qf - тепло, отданное стенкам за процессы сгорания и расширения.
По уравнению (137) получим величину коэффициента использования теплоты в точке b на основании экспериментально определяемой величины Q,„j,:
с 1 Qwb
Если коэфициент использования теплоты в конце видпхмого сгорания в точке 2 равен то произведение (,-z)-выражает суммарный теплообмен на линии расширения вследствие догорания и теплоотдачи в стенки, отнесенный к единице количества топлива
Тепловой баланс за период расширения, т. е от точки г до точки Ь\ можно написать в следующем виде:
- У - (М + г) il - и"г) + 1гЬ
где и У - внутренняя энергия 1 дсгиоугь"продуктов сгорания в точках Z и Ь\
ALf, - теплота, эквивалентная абсолютной работе пол тропического расширения продуктов сгорания и остаточных газов от точки Z до точки Ь. Эта теплота
