Процесс сжатия

Рабочее тело, представляющее к концу процесса наполнения смесь подвергается сжатию. Сжатие рабочего тела предшествует процессу сгорания топлива.

Одним из основных параметров, определяющих развитие процессов сжатия и всего цикла в целом, является степень сжатия Е. Чем выше степень сжатия, тем при прочих равных условиях выше степень расширения газов, образующихся в процессе сгорания топлива. Соответственно этому расширяются пределы изменения состояния рабочего тела, что повышает степень преобразования теплоты в работу.

Для повышения термодинамических показателей цикла степень сжатия стремятся увеличить. Однако в реальных условиях Е ограничена в зависимости от типа двигателя, его конструкций и условий применения. Для карбюраторных двигателей степень сжатия ограничивается детонацией, вероятность возникновения которой повышается с ростом температуры и давления конца сжатия и в процессе сгорания топлива. Для карбюраторных двигателей Е= 6-10; для дизелей Е= 13-23,5. Минимальное значение степени сжатия дизеля определяется условиями надёжного воспламенения топлива. Поэтому необходимо, чтобы температура самовоспламенения топлива не менее чем на 200-300 К. Максимальное значение Е для дизелей определяется выполнением условий обеспечения заданной надёжности двигателя.

При рассмотрении теоретических циклов предполагали, что процесс сжатия рабочего тела развивается без теплообмена (адиабатически). В реальных двигателях процесс сжатия носит сложный характер и сопровождается переменным теплообменом между рабочим телом и стенками цилиндра. Кроме того, в процессе сжатия происходит утечка рабочего тела через неплотности поршневых колец и клапанов, а в карбюраторном двигателе – испарение части топлива, поступившего в цилиндр в капельно-жидком состоянии. В этих условиях процесс сжатия является политропным с переменным показателем политропы n'.

Изменение n' во время процесса сжатия приведена на рис.9 (здесь показано также изменение температуры рабочего тела и показателя адиабаты R). В начальный период сжатия температура рабочего тела ниже температуры стенок цилиндра. На рассматриваемом участке процесса повышения температуры и внутренней энергии рабочего тела происходит не только в результате повода теплоты от стенок, но и за счёт работы сжатия, причём показатель политропы n' больше показателя адиабаты R. По мере повышения температуры рабочего тела интенсивность подвода теплоты снижается, а показатель политропы сжатия уменьшается, причём его значение приближается к значению показателя адиабаты R. В момент, когда температура рабочего тела сравнивается с температурой стенок, теплообмен на мгновение прекратится.

При дальнейшем сжатии температура рабочего тела превышает температуру стенок. Тепловой поток изменяет направление – рабочее тело отдаёт теплоту стенкам, показатель политропы становится меньше показателя адиабаты (n' < R) и непрерывно уменьшается с повышением температуры рабочего тела.

Для упрощения расчёта цикла переменный по ходу сжатия показатель n' заменяют некоторым средним, постоянным по значению показателем n₁' при .

Характер протекания процесса сжатия в действительном цикле четырёхтактного двигателя показан на рис.10.

Параметры рабочего тела в конце такта сжатия определяются с учётом среднего значения показателя политропы n₁', постоянного для всего процесса. Принимая, что начало сжатия совпадает с НМТ, имеем:

;

При расчёте рабочего цикла n₁' следует назначать исходя из особенностей проектируемого двигателя с учётом факторов, влияющих на развитие процесса сжатия.