Процесс сжатия

Процесс сжатия в двигателях внутреннего сгорания необходим для созда­ния условий сгорания рабочей смеси, расширения температурного перепада цикла и, как результат, более высокого термического КПД. В действительном цикле он проходит в условиях непрерывного теплообмена с деталями двигателя. На рисунке 2 представлены кривая сжатия ас, линии постоянных показате­лей адиабаты be, политроп fg и кривая du переменного показателя политропы.

Рис. 2. Диаграмма процесса сжатия

На участке am при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. теплота подводится к рабочему телу от нагретых деталей { ). В точке т температуры тела и стенок выравниваются ( ). При дальнейшем сжатии (кривая тc} темпе­ратура рабочего тела будет больше температуры стенок и теплоприток идет к деталям двигателя ( ).

Ввиду сложности расчетов параметров конца сжатия с переменным показателем политропы считают, что процесс сжатия описывается политропой = const с постоянным показателем . При этом полагают, что работа процесса сжатия с переменным и постоянным показателем политропы одинакова.

Среднее значение показателя политропы сжатия ( ) колеблется в пределах: для карбюраторных двигателей — 1,32...1,39; для дизелей — 1,36...1,41.

Показатель политропы в двигателях зависит от частоты вращения коленча­того вала и нагрузки, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, интенсив­ности охлаждения и др.

Параметры конца сжатия определяют по уравнению политропы:

= const

Для точек а и с процесса сжатия (линия ас} уравнение имеет вид:

.

Откуда , а отношение . Тогда

.

Давление в конце сжатия зависит главным образом от степени сжатия и оно находится в пределах: для карбюраторных двигателей—0,8...1,5; для дизелей (без наддува)—3,0...5,5 МПа.

Температуру рабочей смеси в точке с определяют по уравнению политропы

.

Для начала и конца сжатия можно написать равенство

.

Тогда

.

В карбюраторных двигателях = 600...750 К, дизелях — 700...900 К.

Процесс сгорания в карбюраторных двигателях

В поршневых двигателях внутреннего сгорания основная часть топлива сгорает вблизи в.м.т. Поэтому процесс сгорания удобнее изучать по индикаторной диаграмме, представляющей собой зависимость давления от угла поворота коленчатого вала р = f (а) (рис. 3).

Процесс сгорания на индикаторной диаграмме можно условно разделить на задержку воспламенения (первый период); видимое сгорание (второй пе­риод); догорание (третий период).

Первый период. Начало сгорания относится к точке 2 при искровом раз­ряде и движении поршня к в. м. т. Рабочая смесь сжимается. Угол поворота коленчатого вала 8 от момента подачи искры до в. м. т. составляет угол опережения зажигания (0 = 15...45° п. к, в.). В течение первого периода (участок 2—3) происходит пред пламенное окисление топлива и сгорает его не более 5-..8 %. Давление в цилиндре растет практически по закону сжатия, а температура повышается незначительно и в основном расходуется на подогрев заряда. В конце первого периода (точка 3) заканчивается формирование очага пламени, создаются условия для его быстрого распространения по всей камере сгорания. В точке 3 условно считают, что происходит отрыв линии сгорания от кривой сжатия, снятой при выключенном зажигании (участок 3—6—7). На продолжительность и характер первого периода основное влияние оказывают физико-химические свойства топлива, состав рабочей смеси и режим работы двигателя.

Рис. 3. Развернутая диаграмма процесса сгорания карбюраторного двигателя.

Второй период характеризуется быстрым нарастанием давления и температуры (участок 3—4). В течение этого периода сгорает около 90 % рабочей смеси. Продолжительность его зависит от состава смеси, степени сжатия, момента зажигания, формы камеры сгора­ния, нагрузки и других факторов. Наибольшее давление на индикаторной диаграмме будет в точке 4.

Третий период начинается после достижения максимального давления. Его длительность точно установить трудно, так как необходимо знать момент полного сгорания смеси. Продолжительность догорания будет зависеть от скорости распространения фронта пламени, которая в разные периоды сгорания имеет разные значения. При нормальном протекании процесса сгорания она составляет 40...60 м/с.

На процесс сгорания карбюраторного двигателя оказывают влияние состав рабочей смеси, вихревые движения заряда, угол опережения зажигания, ча­стота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель, форма камеры сго­рания и степень сжатия. Рабочая смесь быстрее всего сгорает при коэффициенте избытка воздуха =0,85,..0,95. В этом случае мощность двигателя будет наибольшей, хотя удельный расход (экономичность) будет хуже. Сгорание топлива при =1,1...1,15 (обедненная смесь) будет медленнее вследствие меньшей скорости распространения пламени. Мощность двигателя несколько упадет, но будет достигнута наилучшая его экономичность.