Процесс сжатия
Назначение процесса сжатия
Основное назначение процесса сжатия состоит в том, чтобы создать возможность лучшего использования тепла и получения большей работы газов во время процесса расширения. Вследствие сжатия смеси создаются следующие благоприятные условия для ее сгорания:
1. Сжатая смесь занимает меньший объем, ввиду этого требуется меньше времени для распространения пламени (после поджигания смеет искрой) по всему объему смеси.
2. При сжатии температура смеси значительно повышается, что увеличивает скорость сгорания, и, следовательно, уменьшается время, в течение которого происходит процесс сгорания.
Условно считают, что процесс сжатия начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ.
В процессе сжатия поршень движется в направлении к ВМТ, при этом оба клапана — впускной и выпускной — закрыты. Во время сжатия увеличение давления происходит не только за счет уменьшения объема цилиндра при движении поршня к ВМТ, но и за счет увеличения температуры смеси.
Температура при сжатии возрастает примерно в 1,7 — 1,9 раза. Поэтому давление газов в конце такта сжатия возрастает пропорционально произведению степени сжатия на повышение температуры, т. е. примерно в 8,5 раза при ε =5,0 и в 13 раз при ε =7,0.
Значения давлений и температур в конце такта сжатия составляют: рс = 10÷20 кг/cм2 и ТС = 650÷780 К., для двигателя АШ-62ИР рс = 20 кгс/cм2 и tС = 5000C
Если двигатель дросселировать, т.е. прикрывать дроссельную заслонку, то давление рс понизится из-за уменьшения давления ра в конце впуска.
Графическое изображение процесса сжатия
На рис. 1-18 показано изменение давления и объема смеси во время процесса сжатия для двигателя с впуском из атмосферы.
Сжатие начинается в точке «а» и заканчивается в точке «с». Точка «с» характеризует давление и объем в конце такта сжатия. Линия «а-2-с» показывает изменение давления и объема смеси в такте сжатия. Для сжатия смеси необходимо затратить определенную работу. Величина работы, затраченной на сжатие, показана заштрихованной площадью. Эту работу условно можно разбить на две составные части: на участке «а- 2» и на участке «2-с».
На участке «а-2» давление в цилиндре меньше атмосферного, которое действует на поршень со стороны картера двигателя, поэтому на поршень действует сила, помогающая движению поршня. Следовательно, работа сжатия на этом участке положительная (> 0), т.е. коленчатому валу сообщается дополнительная работа.
На участке «2-с» давление в цилиндре больше атмосферного, следовательно, перепад давлений препятствует движению поршня. Поэтому, работа сжатия на этом участке отрицательна (< 0), т.е. от коленчатого вала отнимается работа на осуществление процесса сжатия.
Численно работа сжатия на участке «2-с» значительно больше, чем на участке «а-2», поэтому суммарная работа процесса сжатия ТВС отрицательна.
В двигателе с нагнетателем вследствие того, что давление впуска выше, линия процесса сжатия будет расположена выше линии процесса сжатая двигателя без нагнетателя.
Рис.1- 18. Графическое изображение процесса сжатия для двигателя с впуском из атмосферы
Преимущества и недостатки высоких степеней сжатия
При увеличении степени сжатия увеличивается и степень расширения газов, а следовательно, и работа, совершаемая ими во время рабочего хода. Поэтому при увеличении степени сжатия возрастает работа, совершаемая газами за цикл, а следовательно, и мощность двигателя. При этом расход топлива на 1 л.с. уменьшается, т. е. увеличивается экономичность двигателя. Таким образом, с точки зрения повышения мощности двигателя и особенно его экономичности степень сжатия двигателя желательно увеличивать.
Вместе с тем, увеличение степени сжатия ведет к увеличению удельного веса двигателя, так как вследствие сильного возрастания максимальных давлений в цилиндре детали приходится делать более массивными для придания им необходимой прочности (например, при увеличении степени сжатия от 6 до 7 мощность двигателя возрастает примерно на 6 %, а максимальное давление в цилиндре приблизительно на 20%), и к увеличению возможности возникновения детонации топливовоздушной смеси, вследствие чего работа двигателя становится возможной только на специальном высокооктановом топливе. Поэтому в авиационных двигателях степень сжатия обычно не превышает 7,0 ÷7,5 (АШ-62ИР — 6,4±0,1).