Процесс сжатия и его параметры.

Процесс сжатия в двигателях внутрен­него сгорания служит:

• для расширения диапазона темпера­туры, в котором протекает рабочий про­цесс. Чем больше температурный пере­пад замкнутого цикла, тем выше его термический к. п. д.;
• для получения максимально допусти­мой в реальных условиях степени сжа­тия. Чем больше степень сжатия, тем больше степень расширения и, следо­вательно, больше полезная работа цик­ла, а значит, и двигателя;
• для создания лучших термодинамиче­ских условий сгорания рабочей смеси.

Наиболее типичными теоретическими процессами сжатия являются адиабатический и изотермиче­ский . Адиабатическое сжа­тие возможно лишь при идеальных теплофизических свойствах материалов поршня, цилиндра и головки, изотер­мическое - при достаточно интенсив­ном охлаждении стенок цилиндра, обе­спечивающем постоянство температуры сжимаемых газов в течение всего про­цесса сжатия.

Рис.22.Сравнительная диаграмма процесса сжатия и графики показателей политропы и адиабаты.

Так как в целом за такт сжатия количество теплоты, отводимой от сме­си, больше притока теплоты, среднее значение показателя политропы меньше показателя адиабаты.

На средний показатель политропы сжатия влияют и эксплуатационные факторы: нагрузка и частота враще­ния коленчатого вала двигателя, интен­сивность охлаждения и др. Так, с увеличением частоты вращения коленчатого вала сокращается продолжитель­ность теплообмена газа с окружающими деталями и уменьшаются утечки газов (увеличивается ). По мере уменьшения нагрузки двигателя, т. е. при дрос­селировании (на постоянной частоте вращения) уменьшается количество по­ступающей в цилиндр горючей смеси, а площадь ее поверхности теплообмена со стенками остается неизменной. В ре­зультате смесь сильнее охлаждается, и действительный процесс сжатия при­ближается по характеру к изотерми­ческому ( уменьшается). При увели­чении средней температуры газов в про­цессе сжатия усиливается и их тепло­обмен с окружающими стенками, следо­вательно, показатель уменьшается. Подобные явления наблюдаются при увеличении интенсивности охлаждения двигателя.

Вихревое движение смеси в камере сгорания уменьшает так как усили­вается теплообмен между газом и стен­ками.

Двигатели с разделенными камерами сгорания имеют меньший , что объ­ясняется увеличенным теплоотводом от смеси вследствие большей площади по­верхности теплообмена, а также поте­рей энергии газов на перетекание из основной камеры в дополнитель­ную.

Увеличение степени сжатия сопро­вождается повышением термодинами­ческих параметров рабочей смеси и приводит к росту термического к. п. д. двигателя. Для карбюраторных двига­телей , для дизелей .

В карбюраторных двигателях увели­чение степени сжатия ограничивается такими температурой и давлением рабо­чей смеси, при которых могут возни­кать преждевременные вспышки и дето­нация. Температура рабочей смеси в конце такта сжатия должна быть ниже температуры самовоспламенения топ­лива. В дизелях же температура воздуха в конце процесса сжатия должна быть на 200—300 К выше температу­ры самовоспламенения топлива, чтобы при любых условиях работы и особен­но при пуске обеспечивалось самовос­пламенение топлива.

Давление и температура в конце процесса сжатия.

Давление рабочей смеси при сжатии непрерывно изменяется и определяется с помощью уравнения политропы . Уравнение политропы для на­чала и конца процесса сжатия имеет вид

,

откуда

.

Давление в конце процесса сжатия зависит главным образом от степени сжатия и для существующих автомобильных двигателей обычно составляет: для карбюраторных двигателей МПа, для дизелей (без наддува) - 3,0—5,5 МПа.

Температура рабочей смеси в конце процесса сжатия определяется на осно­вании уравнения состояния газов, записанного для начала и конца сжатия:

;

.

.

Обычно температура рабочей смеси в конце процесса сжатия в карбюраторных двигателях К, а в дизелях – 750-900 К.