Процесс сжатия топлива

Свежий заряд с примесью остаточных газов после процесса впуска подергается 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 ею деталями, частичной потере рабочею тела через неплотности в сопряжениях деталей и испарением части находящегося в цилиндре в капельножидком состоянии топлива. Таким образом, процесс сжатия носит политропный характер.

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

В начале сжатия происходит теплопередача от деталей к рабочему телу, так как температура Та 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, и показатель n1 политропы сжатия больше показателя к 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 = к (точка d).

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 < к. 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 показывает 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.