34. Процесс сжатия

Свежий заряд с примесью остаточных газов после процесса впуска подвергается сжатию.

Назначение процесса сжатия:

• увеличение температурного перепада, при котором осуществляется действительный цикл;

• улучшение воспламенения и горения топлива;

• получение большей работы при расширении продуктов сгорания и повышение экономичности двигателя.

Процесс сжатия происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ после закрытия впускного клапана. Но если в термодинамических циклах сжатие происходило без теплообмена (адиабатическое сжатие), то в действительных циклах этот процесс сопровождается непрерывным, переменным по величине и направлению теплообменом между рабочим телом и окружающими его деталями, частичной потере рабочего тела через неплотности в сопряжениях деталей и испарением части находящегося в цилиндре в капельножидком состоянии топлива. Таким образом, процесс сжатия носит политропный характер.

В начале сжатия происходит теплопередача от деталей к рабочему телу, так как температураТ_а рабочего тела в этот момент ниже температуры стенок полости цилиндра. В результате кривая процесса сжатия в р—V координатах проходит несколько круче кривой адиабатного сжатия (рис. 10), и показатель n₁, политропы сжатия больше показателя k адиабаты сжатия.

При дальнейшем сжатии температура рабочего тела увеличивается, и теплообмен между рабочим телом и окружающими его деталями снижается. В какой-то момент температура рабочего тела становится равной температуре стенок цилиндра, и наступает мгновенный адиабатный процесс. Показатели политропы и адиабаты сжатия становятся равными: n₁ = k (точка d).

Рис. 10. Зависимости изменения давления (а) и показателя политропы сжатия (б) от объема полости цилиндра

При продолжении сжатия температура рабочего тела становится выше средней температуры окружающих его деталей, и теплота начинает переходить от рабочего тела к деталям двигателя. В этом случае кривая сжатия проходит выше кривой адиабаты сжатия, n₁<k. Причем разность значений увеличивается по мере приближения поршня к ВМТ.

При расчетах использовать переменные значения показателя политропы затруднительно. Поэтому применяют постоянное значение показателя n₁, которое находится от 1,2 до 1,4 и называется средним.

Большие значения показатель политропы сжатия принимает при более высоких частотах вращения коленчатого вала, при этом процесс сжатия приближается к адиабатному. Это же наблюдается и при увеличении размеров цилиндра так как уменьшается относительная величина поверхности охлаждения цилиндра. По этим же причинам пуск двигателей с небольшими габаритными размерами цилиндров вызывает определенные сложности.

Величина относительной поверхности охлаждения цилиндра оказывает значительное влияние на теплообмен, а значит и на показатель n₁, в процессе сжатия, которая представляет собой отношение площади контактной поверхности рабочего тела и деталей в процессе сжатия к рабочему объему цилиндра.

При неизменном рабочем объеме цилиндров относительная величина поверхности охлаждения уменьшается с увеличением диаметра цилиндра. Поэтому чем диаметр D больше хода поршня S, тем больше значение среднего показателя политропы сжатия.

Значения n₁, увеличиваются при использовании наддува и алюминиевых сплавов вместо чугуна при изготовлении деталей цилиндропоршневой группы, а также камеры сгорания небольших габаритных размеров.

При износе цилиндропоршневой группы возрастают утечки рабочего тела, и значения n₁, уменьшаются. Этим объясняются затруднения пуска при значительных износах деталей двигателя.

Параметры процесса сжатия

К параметрам процесса сжатия относят давление р_с и температуруТ_срабочего тела в конце сжатия.

Представление сжатия как политропного процесса со средним постоянным по величине показателем политропы позволяет использовать термодинамические зависимости для определения величин р_сиТ_с:

. (3.18)

. (3.19)

Таким образом, давление р_с и температураТ_с конца сжатия растут с увеличением давления р_а и температурыТ_а конца наполнения, а также с увеличением степени сжатияε и показателя политропы сжатия n₁.