Belsőégésű motorok körfolyamatai

Belsőégésű motorok körfolyamatai

A motorok működési elvét tekintve, alapvetően háromféle (Otto, Diesel és vegyes) körfolyamatot különböztetünk meg. A löketek száma szerint pedig, amely alatt egy munkafolyamat lejátszódik, négy- és kétütemű motorokról beszélhetünk. A körfolyamatokat négyütemű motorokra vonatkoztatjuk, külön kitérve a kétütemű motorok elméleti körfolyamatára.A négyütemű motorok körfolyamataiban a szívás üteme alatt friss közeg áramlik be a nyitott szívószelepen keresztül a hengerbe. A kipufogás üteme során pedig a dugattyú kitolja a hengerből az égéstermékeket.

 1 Ideális motorikus körfolyamatok

Elméleti körkolyamatok esetén sem a szívást, sem a kipufogást - bár mindkettő munkaráfordítással jár - nem vesszük figyelembe, mert ezek nem termodinamikai folyamatok. Az általunk vizsgált körfolyamatok az 1. pontban kezdődnek. A gyorsjárású, elméleti motorokban feltételezzük, hogy a kompresszió és az expanzió során nincs hőcsere, következésképpen a sűrítés és a terjeszkedés adiabatikus állapotváltozásnak tekinthető.

1.1 Otto-körfolyamat

Az Otto-körfolyamatban a dugattú felső holtponti helyzetében az összesűrített keveréket szikra gyújtja meg. Ezt követôen az égés végtelen gyorsan (állandó térfogaton) megy végbe, miközben Q1 hőmennyiség szabadul fel (1. ábra, 2-3 állapotváltozás). A (4-l) szakaszon ( a dugattyú alsó holtponti helyzetében) izochor állapotváltozás mentén játszódik le a kipufogás, miközben az égéstermékekkel Q2 hő távozik el.

A sűrítés folyamata alatt bekövetkezett térfogatcsökkenést a kompresszióviszony (e ), az égés alatti nyomásnövekedést pedig a nyomásemelkedési tényező (l ) jellemzi:

(1)

(2)

A körfolyamat ciklusmunkája - veszteségmentes esetben - az égés során fejlődött (Q1) és a kipufogás alatt eltávozott (Q2) hőmennyiség különbsége:

W=Q1-Q2 (3)

A körfolyamat termikus hatásfoka (h t), definíció szerint, a munkává alakult és az égés során felszabadult hőmennyiség aránya. A termodinamika I. főtétele segítségével a nevezett hőmennyiségek a termodinamikai és a kalorikus állapotjelzők felhasználásával számolhatók és a megfelelő egyszerűsítéseket követően a következő végeredmény adódik, ahol k a fajhőviszony (k =cp/cv).

(4)

A (4) egyenlet szerint a körfolyamat hatásfoka kizárólag a kompresszióviszony függvénye. Az h t(e _o) relációt autokatalitikus függvény írja le(2. ábra). Természetesen a sűritési viszonynak a termikus hatásfokra gyakorolt hatása nem korlátozik kizárólag a termodinamikai szempontokra. Az égési véghőmérséklet és végnyomás nem nőhet minden határon túl, ami ugyancsak korlátozza a kompresszióviszony maximális értékét.

1.2 Klasszikus Diesel-körfolyamat

Az elméleti Diesel-körfolyamat szerint működő motor levegőt szív be és ezt adiabatikusan sűríti, majd az izobár égést adiabatikus terjeszkedés (munkaütem) követi ( ábra). A kompreszszióviszony növelésének nincs akadálya, olyan magas hőmérsékletet és nyomást kell előállítani, hogy a kompressziótérbe porlasztott tüzelőanyag önmagától meggyulladjon. A beporlasztott tüzelőanyag égni kezd, de a nyomás nem lesz magasabb, mert közben a dugattyú már a felső helyzetéből visszafelé mozdul el az alsó holtpont felé (2-3). Az expanzió a fennmaradó lökethossz mentén játszódik le.

A kompresszióviszony értelmezése itt is ugyanaz mint az Otto-körfolyamatnál, csupán értéke magasabb (e =13-24). Az égés alatti fajlagos térfogatnövekedés jellemzésére az előzetes expanzióviszony (r )fogalma használatos.

(5)

Bevezetve a terjeszkedés alatt létrejövő térfogatváltozást mérő utólagos expanzió viszonylag (d ) fogalmát

, (6)

A kompresszióviszony (e ), az előzetes (r ) és utólagos expanzióviszony (d ) függvényeként is értelmezhető: e r d

A (4) összefüggés analógiájára az elméleti Diesel-körfolyamat termikus hatásfoka az alábbiak szerint számolható:

(8)

A (8) összefüggéséből látható, hogy e növelésével a h t is növekedni fog. A r növekedésével az expanzió egyre rövidül, a T3 egyre közelebb kerül a T4 hőmérséklethez, amellyel a gáz elhagyja a hengert. A r növekedése tehát rontja a Diesel-körfolyamat hatásfokát (4. ábra). A (8) képlet segítségével az is bebizonyítható, hogy azonos kompresszióviszony esetén a Diesel-körfolyamat termikus hatásfoka rosszabb, az Otto-körfolyamat hatásfokánál. Abban az esetben azonban, ha a maximális nyomásértékek lesznek egyenlőek, a Diesel-körfolyamatnak lesz jobb a termikus hatásfoka, mert abban az esetben a hőközlés közepes hőmérséklete nagyobb lesz.

1.3 Vegyes körfolyamat

Az irodalomban ezt a körfolyamatot általában Sabathe ciklusnak nevezik, de megtalálható Sabathier, Seiliger és Trinkler név alatt is (5. ábra). A vegyes körfolyamat elnevezés azért találó, mert felépítése az Otto- és Diesel-körfolyamatok kombinációjaként értelmezhető. Ilyen körfolyamatot tulajdonképpen a gyorsjárású dízelmotor valósít meg, de a valóságos Otto-motor körfolyamatát is jobban közelíti. A hengerbe juttatott tüzelőanyag nagyobb része még v=áll. mellett ég el (Qc 1), de az égés áthúzódik az expanzió löket kezdetére is (Q"₁₎ mint p=áll. melletti hőközlés.

Az e , a l , a r és a d ugyanazt jelenti, mint az előző két körfolyamatnál, csak a r -t és a d -t értelemszerűen a sarokpontnak megfelelő számokkal kell indexelnünk (5. ábra).

A körfolyamat termikus hatásfoka:

(9)

illetve

     (10)

A termikus hatásfok e növekedésével állandó l és r mellett nő, viszont r növekedésével állandó e és l mellett csökken. Az h t a l növekedésével állandó r és e mellett szintén növekszik. Ha r =1 Otto-körfolyamat, ha l =1 dízel-körfolyamat alakulhat ki.

1.4.   Kétütemű motorok elméleti körfolyamatai

A kétütemű Otto-motornál (6. ábra) előbb a 4. pontban a kipufogó rést, majd kicsivel később az átömlő rést nyitja a dugattyú. Az átömlő résen keresztül már megkezdődik a friss keverék beáramlása a hengerbe. A dugattyú eközben az alsó holtpont felé tart (4-0 vonal). A 0-1 vonal mentén a dugattyú a felső holtpont felé halad és közben az átömlő és kipufogó rés is egyidejűleg nyitva van. A friss keverék kiöblíti az égéstermékeket a hengerből. Előbb az átömlő, majd a kipufogó rést zárja el a dugattyú (1. pont). Az 1-2 adiabatán történik a kompresszió, a 2-3 mentén izochor hőközlés és a 3-4 adiabatán az expanzió. A 4-0 kipufogó és 0-1 szívó vonal nem termodinamikai folyamat, mivel itt a közeg mennyisége változik. Ezért feltételezzük, hogy a folyamat a 4-1 vonal mentén, tehát egy izochor állapotváltozással záródik. A kétütemű motoroknál a szívás és a kipufogás az expanzió és a kompresszió terhére játszódik le, melyet a löket-kihasználási tényezővel vesszünk figyelembe. Az elmondottakból következik, hogy a kétütemű motor egy ciklusának munkája azonos feltételek között minden esetben kisebb lesz, mint egy azonos lökettel rendelkező négyütemű motoré. Azonos főtengely fordulatszámnál, a kétütemű motorban időegység alatt kétszer annyi ciklus valósul meg , ezért azonos lökettérfogat esetén teljesítménye nagyobb lesz, de a kétszeres teljesítmény nem érhető el. (A konstrukciós megoldástól függően a teljesítménynövekedés 1,1-1,6-szoros.) A kétütemű motorok elméleti körfolyamatának termodinamikai számítása az elmondottak alapján teljes egészében megegyezik a négyütemű motorokéval.

1.5. A feltöltés hatása a körfolyamatra

A szívmotorok teljesítménynövelésének egyik korlátja a hengerbe szívott munkaközeg mennyisége. A feltöltés alapvető feladata a körfolyamatot végző munkaközeg mennyiségének a megnövelése, amely egyúttal arányos többletenergia bevitelét is feltételezi. Ezzel az eljárással azonos hengerűrtartalmú motorokból nagyobb teljesítmény nyerhető. A feltöltés hatására a szívási végnyomás megnő. Ezt a nyomásnövekedést a feltöltési tényező fejezi ki.

(11)

 Feltöltéskor (ha x>1,3) az elősűrítést adiabatikus állapotváltozással kell közelíteni. Ebben az esetben a hengerbe juttatott keverék tömege (mf) a töltési foknál kisebb mértékben nő és ez kedvezőtlen hatással van a ciklusmunkára.

(12)

Amennyiben az elősűrített levegőt még a hengerbe vezetés előtt visszahűtjük, növekszik a munkaközeg sűrűsége és egyben mennyisége, továbbá csökken a motor hőterhelése. A hűtőben lejátszódó folyamat elméletileg izobár állapotváltozás, amely megnöveli a körfolyamat által bezárt területet és javítja a termikus hatásfokot.

 A visszahűtés alkalmazása csak nagynyomású feltöltésnél ajánlott, mivel járulékos veszteségeket okoz (áramlási veszteség, többet teljesítmény igény, stb.), a sarokpontok hőmérséklet növekedése pedig csak magas feltöltésű motoroknál jelentős.

2. A négyütemű belsőégésű motorok valóságos munkafolyamata

Köztudomású, hogy a belsőégésű motorok valóságos munkafolyamata különbözik az ideális állapotváltozásokból összeállított elméleti körfolyamatoktól. Ennek oka, hogy a munkaközeg nem ideális gáz, az állapotváltozások irreverzibilisek, a motorok működése során jelentős veszteséggel kell számolni (áramlási, égéstechnikai, átömlési, stb.) továbbá a belsőégésű motorok hengerében nyitott, a környezettel kölcsönhatásban lévő körfolyamat játszódik le. Az elméleti és a valóságos körfolyamatok összevetése a 7. és a 8. ábrák segítségével lehetséges. A valós folyamat p-v diagramját követve (8. ábra) látható, hogy a 12341 elméleti körfolyamathoz képest valós körülmények között a 0 1c c c c c 0 munkafolyamat (indikátor diagram) jön létre. A munkaterület pozitív (termelt) és negatív (fogyasztott) munkát ábrázol. Összességében a bezárt terület kisebb lesz, ami a ciklusmunka csökkenését bizonyítja.

A valóságos motorban lejátszódó hőtranszport T-s diagramban (8. ábra) követhető nyomon. Látható, hogy a munkaközeg és a hengerfal között számottevő hőcsere van, amely következtében az adiabatikus állapotváltozás csak igen nagy hibával közelíti a sűrítés (1c c ) és a terjeszkedés (3c c ) ütemét. A globális áttekintésen túlmenően a valóságos körfolyamat ütemenkénti elemzése további tanulságokkal szolgál.

2.1. A szívás folyamata

A szívószelep, a véges szelepnyitási idő miatt a felső holtpont előtt nyílik, a hengertérben ekkor még a közeg nyomása nagyobb a légkörinél, így a szívószelepen keresztül égéstermék juthat a szívócsőbe. A felső holtpont után a dugattyú az alsó holtpont felé halad, a friss töltet beáramlása előtt a maradék gáz p0 nyomásszintre expandál és a folyamatosan nyitó szívószelepen keresztül most már friss töltet jut a motor hengerterébe. A motor hengerterében a közeg nyomása a szívórendszer ellenállása miatt a környezeti nyomásnál kisebb. Az alsó holtpont után a szívószelep még egy rövid ideig nyitva marad. Ennek célja kettős. Egyrészt így a hengerbe áramló közeg mozgási energiája a hengerbe lépő közeg tömegének növelésére fordítható. Másrészt a szívószelep zárását a sűrítés kezdeti szakaszába tolva a szívószelep tovább maradhat nyitva (sz). Ez a magyarázata annak, hogy a friss töltet térfogatát a 9. ábrán nem az atmoszférikus ponttól, hanem a dugattyú felső holtpontjától értelmezzük. Amikor a szívás során a hengertérben a közeg nyomása eléri a környezeti nyomást, a friss töltet hengerbe áramlása befejeződik. A szívóvezeték ellenállásának legyőzéséhez munkát kell befektetni (a 9. ábra WS, sraffozott területe), amely csökkenti a ciklusmunkát.

A szelep emelkedésével megszabott átömlési felület, valamint a dugattyú sebessége szívás közben nem állandó, ennek megfelelően a hengerben keletkező nyomás is állandóan hullámzik. Az úgynevezett szívási nyomáson ennek a folyton változó nyomásnak a középértékét értjük. A hengerbe lépő friss közeg mennyisége a motor fordulatszámának függvénye. A fordulatszám növekedésével csökken a szívási végnyomás, mivel az áramlási ellenállások miatt a fojtási veszteségek az áramlási sebesség négyzetével arányosak. A töltés mértékének javítására és az áramlási ellenállások csökkentésére nagy szelepátömlési keresztmetszeteket igyekeznek kialakítani.

A szívási nyomás és az áramlási keresztmetszetek megszabják a közeg sebességét is. Például egy négyhengeres, négyütemű, közös szívócsővel és egyetlen karburátorral felszerelt motornál, teljes fordulatszám és nyitott fojtószelep mellett, a szívótorokban 110-120 m/s, a szívócsőben 50-60 m/s, a szelepeknél 70-80 m/s sebesség értékek adódnak. A szívási nyomás Otto-motorok esetében általában 0,75-0,85 bar értékek között változik. Ez az érték Diesel-motorok esetében valamivel nagyobb - 0,9-0,95 bar - mivel kisebbek a fojtási veszteségek, elsősorban a karburátor elmaradása miatt. Hasonló értékek adódónak a benzin befecskendezéses motoroknál is. A szívási nyomástól függ a henger volumetrikus hatásfoka. A volumetrikus hatásfok (h v) a hengerbe jutott friss töltet (Vc h) és a lökettérfogat (Vh) arányát mutatja. Nagysága a szívással működő karburátoros motoroknál 0,82-0,87, Diesel motoroknál 0,85-0,92. E viszonyszámnak gyakorlati jelentősége nem igazán nagy, mivel a motor teljesítménye elsősorban a beszívott közeg tömegétől függ:

(13)

A térfogatarány helyett a megfelelő tömegarányt célszerű meghatározni. A töltés mértékének pontosabb jellemzésére vezették be a töltési fokot (l t), amely már figyelembe veszi a harmadik állapotjelző, a közeghőmérséklet változását is.

(14)

A szívóvezeték veszteségeit az ellenállástényező (j ) bevezetésével szokás jelölni. Meghatározása nem egyszerű, mivel igen sok körülmény (a szívóvezeték és keresztírányú mérete, a keresztmetszet alakja, görbületek száma, sugara, elhajlásának mértéke, felületi érdesség, helyi ellenállások, áramlási sebesség, a közeg vizskozitása, stb.) függvénye. Egyenletes áramlási sebességet feltételezve az alábbi közelítő képlet használható:

, (15)

ahol: li: a vezeték i-edik egyenes szakaszának hossza, d_i: átmérője (m) l i: az i-edik egyenes szakasz fajlagos ellenállása x k: a k-adik helyi ellenállás (légszűrő, vezetékív, karburátor, stb.) ellenállási tényezője.

A szívási veszteségek csökkentésére a szívóvezetéket, szelepeket az adott lehetőségeken belül, a levegőoszlop lengési jelenségeinek figyelembevételével, a legnagyobb keresztmetszetűre kell méretezni, hogy a fojtási, áramlási veszteségek lehetőleg kicsik legyenek. Igen fontos, hogy a levegővezető csatornák belső felülete sima legyen.

2.2. A sűrítés munkafolyamata

A kompresszió tényleges kezdetét a szelep zárása és a gázlengések szabják meg, a gáz kezdeti állapotát pedig az előző gázcserefolyamat. Ezek a tények pontosabb vizsgálatoknál megkövetelik, hogy különbséget tegyünk a geometriai lökettérfogat és a geometriai kompresszióviszony, valamint a tényleges (effektív) lökettérfogat és a kompresszióviszony között. A sűrítés végén fellépő nyomás és hőmérséklet a kompresszióviszonyon kívül a közeg és a hengerfal között lejátszódó hőcserétôl függ. A sűrítés átlagos politrópikus kitevőjét lényegében ez a hőcsere, valamint a valóságos közeg hőmérsékletváltozása függvényében bekövetkező fajhőváltozás határozza meg. A sűrítés kezdetén a levegő először a melegebb hengerfaltól hőt vesz fel, entrópia növekedés mellett. A sűrítés előrehaladtával a sűrített levegő hőfoka egyre nő, a hengerfalból a közegbe áramló hőmennyiség egyre csökken. (10. ábra) Az ún. adiabata pontban (A), ahol a közeg hőmérséklete egyenlő a hengerfal hőmérsékletével ez a hőáramlás megszűnik, amikor pedig a kompresszió túlhalad az adiabata ponton , a hőáramlás iránya megfordul. A melegebb közegből áramlik hő a hengerfalba, a közeg hűl, ennek következtében a közeg entrópiája csökken. A valóságos kompresszió folyamatában a közeg hűtése a döntő, így végeredményben a sűrítés az izoterma irányába tolódik el. A sűrítés végén elért valóságos nyomások kisebbek az adiabatikushoz képest, ennek oka a hűtési, tömítési és részben örvénylési vesztességek. A valóságos sűrítési folyamat tehát egy változó kitevőjű politropikus állapotváltozás, amelynek végállapoti nyomását Poisson első (p.Vn=áll.), hőmérsékletét pedig a második egyenlete (T.Vn-1=áll.) segítségével közelíthetjük. A politrop kitevő átlagos értékét a kompressziós folyamat lg p-log V diagrammban való ábrázolásával kapjuk meg. Meleg motornál ez n=1,33-1,35 körüli értékre adódik, de hidegindításkor, főként a hideg hengerfalon tapasztalható kondenzáció miatt, n 1,22 érték is elôfordul.

A valóságos sűrítési folyamat tehát egy változó kitevőjű politropikus állapotváltozás, amelynek végállapoti nyomását Poisson első (p.Vn=áll.), hőmérsékletét pedig a második egyenlete (T.Vn-1=áll.) segítségével közelíthetjük. A politrop kitevő átlagos értékét a kompressziós folyamat lg p-log V diagrammban való ábrázolásával kapjuk meg. Meleg motornál ez n=1,33-1,35 körüli értékre adódik, de hidegindításkor, főként a hideg hengerfalon tapasztalható kondenzáció miatt, n 1,22 érték is elôfordul.

A beszívott közeg sűrítésekor, tekintettel arra, hogy a henger és a dugattyú, illetve a dugattyúgyűrűk zárása nem tökéletes, résveszteségek állnak elő. Ezt a dugattyúgyűrűk és a henger zárásának javításával, a gyűrűk számának növelésével mérsékelni lehet. Tekintettel arra, hogy a motor súrlódási veszteségeinek tetemes részét a dugattyúgyűrűk és a henger közötti súrlódás teszi ki, a gyűrűk számának növelése csak egy ésszerű határig indokolt. A kompresszió kezdeti nyomásának alacsony értéke, továbbá a keletkező résveszteségek a kompresszió-végnyomás csökkenéséhez vezetnek. Ez utóbbi csökkenésére egyébként a hőcsere, illetve a hűtési veszteség is befolyással vannak. Amennyiben nő a motor fordulatszáma, rövidül a sűrítési folyamat ideje, csökken a résveszteség,csökken a gázok, és a hengerfal közötti hőcsere. Így a sűrítés folyamata egyre jobban megközelíti az adiabatikus állapotváltozást.

Ismert, hogy a körfolyamat hatásfoka annál kedvezőbb, minél nagyobb sűrítési arányt alkalmaznak. Otto-motoroknál, fontos, hogy a motor hengerében a sűrítés végén lényegesen alacsonyabb hőmérséklet legyen, mint a hajtóanyag öngyulladási hőmérséklete. Ellenkező esetben ugyanis korai égés lépne fel és a motor teljesítménye csökkenne. Az Otto-motorok sűrítési viszonyának megválasztásakor ezért figyelembe kell venni a felhasználandó hajtóanyagot, a motor hűtési rendszerét, az égéstér kialakítását is. A dízelmotorok sűrítési arányának legalacsonyabb értékét a hajtóanyag gyúlékonysága határozza meg. A sűrítési véghőmérsékletnek mintegy 300-400 C-al magasabbnak kell lennie, mint a hajtóanyag öngyulladási hőmérséklete. Fontos szempont a gazdaságosság biztosítása a jó termikus hatásfok elérése. Figyelembe kell venni többek között az üzemeltetési viszonyokat, a terhelés nagyságát, a motor fordulatszám-tartományát, stb. Amennyiben a motor átlagterhelése nem túl nagy, a gazdaságosság növelésére ajánlatos mind a fordulatszámot, mind a sűrítési viszonyt nagyra választani. Napjainkban közúti gépjárművek dízelmotorjainál a sűrítési arányszám 14-23 között változik. Ezen értékek fölött dízelmotoroknál teljes terhelés estén nagy a végnyomás és véghőmérséklet, nagyok a henger kopások és gyorsan elhasználódik a motor. Traktormotoroknál, azonos égéstér-kialakítás, hengerméret és hajtóanyag esetében, a sűrítési arányt általában mindig kisebbre veszik.

2.3 Az égési folyamat elemzése

A véges égési sebesség miatt a levegő-tüzelőanyag keveréket a felsőholtpont elôtt kell meggyújtani (EK). Az égés sűrítési szakaszában a gyulladás után a fejlődött hő és a falon átadott hő a 2' pontban kerül egyensúlyba (11. ábra). A V pontban a legkisebb a közeg fajtérfogata, ez az égés izochor pontja. Az égés expanziós szakaszában a P pontban éri el a közeg a munkafolyamat legnagyobb nyomását, a csúcsnyomást: ez az égés izobár pontja. Az égés befejező szakaszában legnagyobb a hengerben lévő közeg átlagos hőmérséklete (T pont). Az égés vége előtt az A pontban az állapotváltozási vonalhoz ismét húzható függőleges érintő (látszólagos adiabata pont). Ebben az állapotváltozási pontban a tüzelőanyagból felszabadított hő és a közegből a falon keresztül távozó hő ismét egyensúlyban van. Ezt követően az EV pontban fejeződik be az égés, ami az diagramból már nem állapítható meg.

A 11. ábra szerinti elméleti körfolyamat mellett a közölt hőmennyiség 2-3 izochor alatti területtel arányos (23ba2 terület). A 2'EK a'a terület az égés kezdetén a TAc'cT síkidom pedig az égés végén a hengerfalnak átadott és azon keresztül távozott hőmennyiséggel arányos. Ha az égés véges időtartamú és nincs hőveszteség a folyamat a 2'VPTA görbével jellemezhető. Ez az úgynevezett adiabatikus motor elméleti égési folyamatának tekinthető. Hőveszteség esetén (11. ábra szaggatott vonal) azonos tüzelőanyag dózis esetén mind a maximális hőmérséklet, mind az égési csúcsnyomás csökken. Az égési folyamat modellezése elemi ideális állapotváltozások kombinációjaként is megoldható. A valóságos munkafolyamat számításának pontossága azonban a hengerben lejátszódó hőátadás és égés számítási pontosságának függvénye. Ez viszont a keverékképzés és égés további részletesebb elemzését igényli.

2.4 A belsőégésű motorok terjeszkedési üteme

Az égés folyamata a valóságos motorokban nem fejeződik be a dugattyú felsőholtponti helyzetében, hanem áthúzódik a terjeszkedés ütembe 12. ábra. Az elhúzódó égés magasabb hőmérsékletet produkál , ugyanakkor a gáz (égéstermék ) összetétele is megváltozik. Ennek egyenes következménye, hogy az expanzió jobban eltér az elméleti adiabatától, mint az a sűrítésnél tapasztalható. Következésképpen a folyamatot közelítő Poisson egyenletek hatványkitevője nagyobb értékek között ingadozik rendszerint n=1,15-1,35 közötti, tekintettel a magas (800-1000 C-os) közép hőmérsékletre és az a >1 légfeleslegre.

Az expanzió kezdetén még tekintélyes mértékű a hőfelszabadulás, így a görbe az izoterma felé hajlik el. A felső holtpont után kb. 40-60 fokos főtengely elfordulásnál a felszabaduló hőmennyiséget kiegyenlíti a falon keresztül a hűtéssel eltávozó hőmennyiség. Itt tehát egy látszólagos adiabata pont alakul ki (A), majd az adiabata pont után a falon keresztül eltávozó hőmennyiség következtében hűtött expanzió jön létre, entrópia csökkenés mellett. Az elhúzódó égésből származó hőközlés TAbaT területtel arányos, amely a hengerfal felé irányul, és messze meghaladja a hőveszteséget (fűtött expanzió). Az adiabata pontot követően a hőfelszabadulás mértékét meghaladó hőveszteség az Abc4'EVA területtel jellemezhető (hűtött expanzió szakasza). Az igen nagymértékű hőleadás miatt a maximális hőmérséklet közvetlenül az expanzió elején alakul ki. A nagy nyomás következtében jelentősek a résveszteségek is. A tökéletlen égés valamint a hűtési- és részveszteségek miatt a valóságos nyomásemelkedés az elméleti érték alatt marad. Az elhúzódó égés miatt az expanzióviszony is csökken.

2.5 A kipufogási folyamat elemzése

A kipufogó szelep az expanzió vége előtt nyit. A hengerben a közeg nyomása a szelepnyitás pillanatában nagyobb, mint a kipufogócsőben a közeg nyomásszintjéhez viszonyított kritikus nyomás, ezért a kipufogószelepen a közeg hangsebességgel kezd kiáramlani. Ennek megfelelően csökken a nyomás a motor hengerterében. A vonalkázott terület (WN) jelöli azt a munkaveszteséget, amit a dugattyú alsó holtpontig tartó elmozdulása során a korai szelepnyitás jelent. A szelep nyitásának arányában a nyomás gyorsan kiegyenlítődik és következik az égéstermékek kitolásának szakasza. E két folyamat között a valóságban nincs éles határ.

Az alsó holtpont után, miközben a dugattyú a hengerből a kipufogócsövön keresztül a szabadba tolja a közeget, a rendszer ellenállása miatt a hengertérben a közeg nyomása nagyobb, mint a környezeti nyomás. Az ellenállás okozta munka veszteséget az indikátordiagramban a WK-val jelzett terület szemlélteti. A löket végén, a felsőholtpont közelében egyidőben mind a szívó mind a kipufogószelep nyitva van (szelepösszenyitás). A kipufogási folyamat munkabefektetés árán valósítható meg. A folyamat munkaigényét szelepnyitási veszteség és a kitolási munka igény összege adja (WN+WK). A korai szelepnyitásból származó veszteség a szelepnyitás idejével szabályozható. Minél később nyit a kipufogószelep, annál kisebb lesz a WN munkaveszteség (1 ábra). Ugyanakkor nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy ez a kitolási munkára éppen fordított hatású.

Mivel a dugattyú sebessége és a szelep átömlési keresztmetszete állandóan változik, a kipufogási ütem alatt a hengerben lévő gázok nyomása is hullámzik. A kipufogási ütem nyomását állandónak, és az egész ütemre átlagnak fogjuk fel. Értéke általában 1,05-1,25 bar. Az égéstermékek hőmérséklete a keverék összetételétől, a lángfront terjedési sebességétől, a gyulladás időpontjától és több, egyéb tényezőtől is függ. Értéke benzinmotorok esetében teljes terhelés mellett 700-900 C, dízelmotoroknál 500-700 C. Az égéstermékek eltávolítása a hengerből sohasem tökéletes. A a motor égésterében mindig marad vissza égéstermék, mely szennyezi a friss töltést. Mivel a Diesel-motorok sűrítési viszonya nagyobb, mint az benzinmotoroké, a szennyeződés mértéke az előbbinél kisebb.