Процесс расширения (линия z—b, см. рис. 79). Он осуществляется при движении поршня от ВМТ к НМТ, и начинается он в момент конца подачи топлива (конец видимого процесса сгорания, точка z). Заканчивается процесс расширения (точка b), как это принимают в идеальных и расчетных циклах, в момент достижения поршнем НМТ. В действительности в рабочих циклах процесс расширения заканчивается в момент открытия выпускного органа, т. е. раньше НМТ.

Вначале процесс расширения, по причине догорания топлива, проис­ходит с подводом и с отводом тепла. Вследствие значительного догорания топлива в начальной стадии процесса расширения подвод тепла превалирует над отводом в стенки цилиндра, а потому на этом участке процесс расшире­ния приближается к изотермическому расширению. Температура газов на участке процесса сгорания снижается незначительно. В дальнейшем, по мере уменьшения догорания топлива, наступает момент, когда количество тепла, выделяемого догораемым топливом, будет равно количеству тепла, отдаваемому стенкам цилиндра, т. е. когда точка процесса расширения будет совпадать с адиабатным процессом. Вслед за этим, а особенно когда догорание топлива закончится, процесс расширения будет проте­кать с интенсивным отводом тепла в стенки цилиндра, а потому со зна­чительным понижением температуры и давления газов.

Таким образом, процесс расширения в течение всего времени протекает с переменным теплообменом, что в значительной степени усложняет опре­деление баланса тепла за этот процесс. Для определения параметров газа в конце процесса расширения принимают процесс расширения, так же как и процесс сжатия, политропным процессом с постоянным значением показа­теля п₂, равным среднему значению. При такой замене действительного процесса расширения определение давления и температуры газов в конце расширения р_b и Т_b значительно упрощается, а точность зависит от того, насколько правильно и обоснованно определено значение п₂.

Среднее значение показателя политропы расширения п₂ главным обра­зом зависит от того, какое количество топлива догорает на линии расши­рения. Количественная оценка догорания топлива в процессе расширения производится величиной коэффициента использования тепла в момент конца видимого процесса сгорания (точка z) ?_z. Величина этого коэффициента предопределяет и значение показателя п₂. Чем меньше коэффициент использования тепла ?_z, тем больше догорание топлива в процессе расши­рения и тем меньше среднее значение показателя политропы расширения п₂.

Наряду с этим на величину п₂ влияют значение числа оборотов, вели­чина относительной поверхности цилиндра и состояние изношенности дета­лей цилиндро-поршневой группы. С увеличением числа оборотов вала двига­теля, как это было показано ранее, коэффициент ?_z уменьшается, а потому будет уменьшаться и п₂.

С увеличением относительной поверхности цилиндра, а также изно­шенности деталей цилиндро-поршневой группы теплоотвод от газов в про­цессе расширения возрастает и п₂ возрастает.

Ниже приведены значения п₂ для различных типов двигателей:

Таким образом, рассматривая процесс расширения как политропный с постоянным показателем п₂ и принимая, что в процессе расширения не происходит изменения числа молей газовой смеси, (т. е. ?₂ = ?), давление и температура в конце расширения определяются следующим образом: для цикла смешанного подвода тепла

Давление и температура в конце расширения для цикла с изохорным подводом тепла:

Полученные выражения показывают, что с увеличением степени сжатия и показателя политропы расширения п₂, а также с уменьшением степени предварительного расширения давление и температура газов в конце расши­рения уменьшаются. А так как значения ?; п₂ и ? главным образом опре­деляются быстроходностью двигателя, то давление ?_b и температура Т_b также зависят от этого и примерно составляют:

Высокие давление и температура газов в конце расширения позволяют эффективно использовать энергию отработавших газов в газовыпускной турбине и тем самым повысить теплоиспользование в двигателе. Однако при значительном повышении температуры происходит обгорание выпускных клапанов и донышка поршня, а также пригорание поршневых колец двига­теля.