Процесс сжатия

Процесс сжатия происходит во время движения поршня к в. м. т. при закрытых клапанах и при переменном теплообмене между зарядом, стенками цилиндра и камеры сгорания, кроме того, имеют место утечки части заряда через не плотности.

Теоретически процесс сжатия является адиабатическим (без подвода и отдачи тепла) с показателем k = , равным для воздуха k =1,41.

В связи с переменным теплообменом и утечками части заряда показатель линии сжатия индикаторной диаграммы непрерывно изменяется (изменяются теплоемкости газов в виду переменной температура) т.е. процесс сжатия происходит по политропе с показателем .

Показатель политропы сжатия по своей величине лежит между показателями адиабаты (k = 1,41.) и изотермы (n=1). Он зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов. К конструктивным факторам относятся: величина поверхности, соприкасающейся с газами, степень сжатия ε, конфигурация камеры сгорания и рабочий объем цилиндра. К эксплуатационным факторам относятся: режим охлаждения двигателя, износы деталей поршневых групп, изменение скоростного и нагрузочного режимов, отложение нагара на поршнях, отложение накипи на стенках цилиндра и др.

Процесс сжатия в реальных двигателях представляет собой сложный политропический процесс, осуществляющийся с переменным показателем по всей линии сжатия (линия ас индикаторной диаграммы).

Если вычислить средние значения показателя политропы для небольших участков кривой сжатия, используя для этого уравнение , то получим примерный характер изменения этого показателя. Mаксимальное значение показатель действительного процесса сжатия имеет в начале процесса (н.м.т.), а затем по мере движения поршня к в.м.т. значения уменьшаются и достигают минимума около в.м.т. В конце процесса сжатия несколько раз увеличивается в связи с уменьшением объема рабочего тела и начинающегося тепловыделения при сгорании. В момент, когда мгновенная температура рабочего тела становится равной температуре стенок цилиндра, тогда приближается к показателю адиабаты.

Для упрощения расчетов заменяют переменный показатель постоянным средним (величиной ) за процесс.

Средним показателем политропы сжатия называют такое постоянное значение, при котором нужно затратить на сжатие ту же работу, что при процессе сжатия с переменным показателем.

Среднюю величину политропы сжатия действительной индикаторной диаграммы определяют аналитическим или графическим методами.

Аналитический метод определения средней величины исходит из уравнения политропы в начале и в конце сжатия, т.е.

Логарифмируя это выражение, получим

,

откуда

,

где р_а и р_с давления в начале и в конце сжатия (определяются по индикаторным диаграммам); ε -степень сжатия.

Графический метод определения показателя n ₁ (рисунок 5) состоит в планиметрировании индикаторной диаграммы по площадям (линии acmn) и (линии ackl).

Величина показателя сжатия n ₁ определяется отношением

n ₁ =

Рисунок 5 – К графическому методу определения показателя n ₁

Профессор В. А. Петров для карбюраторных двигателей при различных оборотах до 2500 в минуту установил экспериментальную зависимость показателя сжатия от оборотов двигателя n_дв в последующем виде

, (31)

где В – коэффициент пропорциональности (В=100), мин^-1.

Из формулы (22) видно, что показатель политропы сжатия всегда меньше показателя адиабаты (k =1,41). Для наилучшего протекания процесса сжатия целесообразно иметь более высокие значения среднего показателя политропы сжатия, а в пределе равного показателю адиабаты.

Значения показателя сжатия для существующих двигателей равны n₁= 1,34÷1,39, но всегда меньше показателя адиабаты (k =1,41). Поэтому в целом процесс сжатия сопровождается отводом части тепла от рабочего тела.

Параметры в конце процесса сжатия (давления р_с и температура ) определяются из уравнения политропы и характеристического уравнения ,

откуда

, кг/см² или кг/см². (32)

Температура в конце сжатия определяется из характеристических уравнений

p_aV_a=RT_a; p_cV_c=RT_c.

После деления второго уравнения на первое, получим

,

откуда

(33)

Для карбюраторных двигателей в зависимости от степени сжатия и частоты вращения величина р_с изменяется от 0,7 до 1,5 МПа в дизельных от 1,8 до 4,8 МПа.

Температура конца сжатия: в карбюраторных двигателях в пределах 500-700º К, а в дизельных – 750-1000º К.

Рекомендуемая литература: 2 [67-85]; 3 [8-10; 23-38]; 4 [67-94].

Контрольные вопросы

1. Уравнение Бойля – Мариотта.

2. Уравнение Клапейрона- Менделеева.

3. Закон Гей- Люссака.

4. Закон Авогадро.

5. Удельный объем газа.

6. Определить объемные и массовые доли каждого газа, входящего в готовую смесь.

7. Процессы впуска и сжатия.

8. Температура конца процесса впуска.

9. Температура конца процесса сжатия.

10.Давление воздуха в начале сжатия дизеля.

11.Температура газов в начале сжатия дизеля.

12. Давление воздуха в конце сжатия дизеля.

13. Возможно ли уменьшение степени сжатия дизелей до 7-8?

14. Что называется степенью сжатия?