Процесс сжатия. Общая характеристика процесса. Параметры, характеризующие процесс. Давление и температура в конце сжатия. Влияющие на них факторы и способ расчета

Вслед за процессом наполнения при движении поршня от НМТ к ВМТ осуществляется процесс сжатия. Процесс сжатия служит для создания тех необходимых условий, которые обеспечивают наиболее эффективное после­дующее протекание процесса сгорания рабочей смеси. Необходимое зна­чение параметров конца сжатия зависит от способа воспламенения рабочей смеси в цилиндре. В дизелях температура и давление в конце сжатия долж­ны быть такими, при значении которых происходит вполне надежное само­воспламенение топлива, поданного в цилиндр.

Процесс сжатия в цилиндре двигателя протекает с переменным тепло­обменом между сжимаемым зарядом и стенками цилиндра. При работе двига­теля внутренние стенки цилиндра имеют температуру значительно выше температуры свежего заряда, поступающего в цилиндр. Вследствие этого в начальный период сжатия тепло передается от стенок цилиндра к сжи­маемому заряду.

В процессе сжатия повышаются температура и давление смеси. Значения этих параметров в конце процесса зависят главным образом от термодинамических параметров среды в начале сжатия, степени сжатия е и характера теплообмена. Более высоким степени сжатия и термодинамическим параметрам конца процесса сжатия соответствуют большие степени расширения и лучшее теплоиспользование.

Давление конца сжатий находится в пределах 0,5--0,9 Мн/м2 (5--9 кГ/см2), а температура рабочей смеси достигает 523--573° К (250--300° С).

Для определения параметров рабочего тела в конце сжатия используют понятие условно политропного процесса с постоянным средним показателем n₁. Величины n₁ определены для разных типов двигателей путем обработки многочисленных опытных индикаторных диаграмм (для дизельных двигателей n₁ = 1,32 - 1,39)

На основании уравнений политропного процесса давление в конце сжатия:

(МПа)

Температура в конце сжатия:

Процесс сгорания. Общая характеристика процесса. Идеализация процесса для бензиновых ДВС и дизелей в расчетном цикле. Три фазы процесса сгорания. Факторы, влияющие на протекание фаз сгорания

При рабочем ходе (рис. 4-2) впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень движется от в. м.т. к н. м.т. Процесс сгорания и расширения (рабочий ход) изображается кривой сzb. Рабочая смесь воспламеняется электрической искрой с опережением, т. е. еще при такте сжатия, когда поршень не доходит до в. м. т. на 0,425-- 0,524 рад (25--30°) по углу оборота коленчатого вала. Смесь почти полностью сгорает, когда поршень проходит в. м. т. на 0,0524--0,0873 рад (3--5°), Наличие опережения обеспечивает наибольшее давление в цилиндре, когда поршень проходит в. м.т. При горении смеси внутри цилиндра выделяется тепло, вследствие чего температура и давление горящих газов сильно возрастают. Это давление, воздействуя на днище поршня, заставляет его перемещаться к н. м. т. и с помощью шатуна вращать коленчатый вал, совершая при этом механическую работу.

При горении давление газов достигает 3--3,5 Мн/м2 (30--35 кГ/см2), а температура до 2773° К (2500°С), в конце рабочего хода (точка b) давление снижается до 0,5--0,6 Мн/м2 (5,0--6,0 кГ/см2).

Идеальным циклом двигателя называется круговой замкнутый обратимый цикл, представляющий собой совокупность последова­тельных процессов, совершаемых идеальным газом в цилиндре идеальной машины. При идеальном цикле допускаются следую­щие отступления: 1) с идеальным газом, находящимся в цилиндре, совершаются только физические, по не химические изменения, т. е. состав и масса газа остаются постоянными; 2) тепло подво­дится к газу извне, а не в процессе сгорания топлива в цилиндре; 3) процессы сжатия и расширения совершаются по адиабатам, т. е. без теплообмена с внешней средой (стенки цилиндра теплоне­проницаемые и трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствует); 4) теплоемкость газа не зависит от температуры; 5) выпуск отработавших газов заменяется передачей некоторого количества тепла холодному источнику при постоянном объеме. Идеальные циклы применяют для исследования действительных циклов, происходящих в реальных двигателях, и сравнения по сте­пени использования тепла различных типов двигателей, незави­симо от их конструктивных особенностей.

Начальная фаза — Q1 начинается в момент образования искры. Возле электродов свечи зажигания воспламеняется небольшой объем рабочей смеси. Она горит сравнительно медленно. Давление в цилиндре на протяжении этого периода остается практически таким же, как и при выключенном зажигании.

Заканчивается первая фаза тогда, когда сгорает 6…8% общего объема смеси, находящейся в камере сгорания. Температура повышается настолько, что начиная от точки 2 давление резко возрастает, наступает основная фаза быстрого сгорания (участок 2… 3). Скорость распространения пламени в средней части камеры сгорания достигает 60…80 м/с. Вдоль стенок камеры скорость сгорания ниже, а сгорание — неполное. Продолжительность второй фазы для быстроходных двигателей составляет 25…30° угла поворота коленчатого вала. В этой фазе выделяется основная часть тепла.

Третья фаза Q3 — фаза сгорания смеси на периферийных участках камеры в такте расширения. За начало этой фазы принимают точку 3. Давление в цилиндре в этот момент будет максимальным.

Факторы, влияющие на все фазы процесса сгорания, и в первую очередь на период задержки самовоспламенения τ_iможно подразделить на физико-химические, конструктивные и эксплуатационные.

К физико-химическим факторам можно отнести физические свойства и химический состав топлива, давление и температуру заряда воздуха, концентрацию кислорода и остаточных газов в камере сгорания, наличие в топливе катализаторов в виде присадок, улучшающих горение. Физико-химические свойства топлива находят свое выражение в цетановом числе. Чем больше цетановое число, выше концентрация кислорода и меньше содержание отработавших газов, тем меньше период задержки самовоспламенения. При наличии катализаторов, стимулирующих горение, а также с ростом давления и температуры в камере сгорания τ_i также уменьшается, что делает процесс сгорания “мягче”, жесткость работы ΔP/Δφ и максимальное давление P_z уменьшаются.

К числу основных конструктивных факторов, влияющих на процесс воспламенения и сгорания, можно отнести степень сжатия ε, конструкцию камеры сгорания, конструкцию топливной аппаратуры, материал поршня и характер его охлаждения.

К числу эксплуатационных факторов можно отнести угол опережения подачи топлива φ_нп, продолжительность впрыска φ_п, текущее техническое состояние топливной аппаратуры, органов воздухоснабжения и газовоздушного тракта.