Степень сжатия

Газ, как известно, обладает способностью изменять свой объем: он может расширяться и сжиматься. Процесс увеличения объема газа называется расширением, а процесс уменьшения   объема   газа — сжатием. Предположим, что при нахождении поршня в н. м. т. воздух в цилиндре займет объем V1, равный 28,3 л (рис. 17), а при достижении поршнем в. м. т. объем сократится до 2,3 л (объем V2). Это значит, что при сжатии объем воздуха уменьшился в 12,3 раза. В таких случаях говорят, что двигатель имеет степень сжатия, равную 12,3. Объем V2 называют объемом камеры сжатия. Объем V1, состоящий из рабочего объема и объема камеры сжатия, есть полный объем цилиндра.

Рис. 17. Определение степени сжатия

Таким образом, степень сжатия определяется как отношение полного объема цилиндра (в котором воздух размещался до сжатия)  к объему камеры сжатия (который воздух занимает после сжатия). Степень сжатия двигателя обозначается греческой буквой E. У современных тепловозных дизелей степень сжатия составляет обычно 12 — 16. У карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, где сжимается не воздух, а горючая смесь, степень сжатия значительно меньше. Поэтому тепловозные дизели и называют двигателями высокого сжатия. Зачем же повышают степень сжатия? Делается это для того, чтобы повысить температуру и давление сжимаемого воздуха перед сгоранием. Если, например, атмосферный воздух быстро сжать до давления порядка 2,94—4,9 МПа (30—50 кгс/см2), то температура его достигнет 500 — 600° С, т. е. превысит температуру самовоспламенения дизельного топлива. Нагретый до высокой температуры воздух и будет той «спичкой», которая зажжет жидкое топливо, впрыскиваемое в цилиндр с помощью форсунок. Но высокая степень сжатия выгодна не только поэтому. Чтобы переход теплоты в работу был наиболее полным, нужно сжечь топливо в возможно меньшее время, измеряемое тысячными долями секунды. А достигнуть этого без высокого давления и температуры нельзя.После воспламенения частиц распыленного топлива начинается выделение большого количества теплоты, сопровождающееся вследствие этого быстрым нарастанием давления и температуры внутри цилиндра    дизеля.    В процессе горения топлива давление газов в цилиндре повышается до 9,8— 11,7 МПа (100—120 кгс/см2) [например, у дизелей 10Д100 оно достигает 9,8—10,6 МПа (100—110 кгс/см2)], а температура — до 1800° С и более. При таких высоких температурах и давлениях преобразование теплоты в работу более совершенно. Таким образом, величина степени сжатия оказывает большое влияние на экономичность рабочего процесса и поэтому является важнейшей конструктивной характеристикой двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше к. п. д. двигателя. Казалось бы, что степень сжатия выгодно иметь как можно больше. Однако в тепловозных дизелях степень сжатия, как указывалось, не превосходит величины 16. Это объясняется тем, что рост давления в конце сжатия приводит к значительному увеличению максимального давления сгорания. При этом резко увеличиваются усилия, действующие на детали цилиндро-поршневой группы и шатунно-кривошипного механизма, что приводит к их интенсивному износу: дизель быстро приходит  в   негодность