Определение параметров такта сжатия

Независимо от типа двигателя процесс сгорания, при котором начинается резкое увеличение температуры и давления, происходит за несколько градусов до в. м. т., что учитывается при построении индикаторной диаграммы соответствующим округленней этого участка на основании экспериментальных данных по аналогичным двигателям.

Аналитически определить параметры в конце сжатия с учетом переменного показателя политропы затруднительно. Принято температуру и давление в конце сжатия подсчитывать по среднему, постоянному для всего процесса, значению показателя политропы. Принимая, что начало сжатия совпадает с н. м. т., получаем:

(1)

(2)

На рисунке 2 приведены значения рс и Тс подсчитанные по формулам (1) и (2) для трех значений n1 при ра=0,09 МПа и Та=323 К.

Рисунок 2. – Зависимость давления рс и температуры Тс от ε при различных значениях n1

Как видно, при изменении показателя n1 в указанных пределах существенно меняются значения рс и Тс. Вследствие этого значения n1 следует выбирать, основываясь на имеющихся экспериментальных данных по двигателям, сходным с рассчитываемым по размерам цилиндров, быстроходности и конструктивным параметрам.

Указанный характер теплообмена и его кратковременность приводят к тому, что суммарная величина теплообмена в быстроходных двигателях (особенно с искровым зажиганием) незначительна, она составляет примерно 1,0-1,5% теплоты, вносимой с топливом. Поэтому при отсутствии точных данных о величине n1, ее можно определять по среднему показателю адиабаты по формулам:

(3)

(4)

где – средняя мольная теплоемкость смеси, участвующей в процессе сжатия, кДж/(кмольЧ°С); Тс – температура в конце адиабатного сжатия, К.

Это допустимо, так как в большинстве случаев

Условия теплообмена в процессе сжатия определяются:

1. Разностью между температурами смеси и теплопередающими поверхностями.

2. Относительной площадью теплопередающей поверхности, т. е. отношением площади теплопередающей поверхности Fпов рабочему объему цилиндра Vh.

3. Количеством смеси, находящейся в цилиндре в процессе сжатия.

4. Временем, в течение которого происходит теплообмен.

5. Коэффициентом теплоотдачи от газов к поверхностям, зависящим от скорости движения смеси.

6. Количеством бензина, испаряющегося в процессе сжатия (в бензиновых двигателях).

Конечные параметры конца сжатия зависят также от начальных значений ра и Та и от утечек смеси через неплотности в поршневых кольцах.

При низкой температуре теплопередающих поверхностей (например, при пуске двигателя после длительной стоянки в холодном помещении или на улице в зимнее время) теплота от заряда отводится в охлаждающую среду особенно интенсивно. При пуске холодного двигателя, когда частота вращения коленчатого вала мала и кольца недостаточно плотно прилегают к зеркалу цилиндра, а время, в течение которого происходит сжатие, сравнительно велико, возникают заметные утечки заряда через неплотности в кольцах. В этом случае средний показатель политропы n1 будет низкий, что приводит к понижению рс и Тс.

На показатель n1 влияет система охлаждения. При воздушном охлаждении температура теплопередающей поверхности гильзы и головки блока цилиндров во время работы двигателя выше, вследствие чего теплоты от заряда отводится меньше и n1 имеет более высокие значения. В случае жидкостного охлаждения интенсивность теплообмена в основном зависит от температуры охлаждающей жидкости. При низкой температуре охлаждающей жидкости и соответственно теплопередающих поверхностей теплота от заряда отводится интенсивнее и n1 будет ниже.

Применение алюминиевых поршней и головок блока цилиндра увеличивает отвод теплоты и n1 имеет более низкие значения из-за повышенной теплопроводности алюминия по сравнению с чугуном. Для уменьшения отвода теплоты и получения более высоких значений n1 необходимо, чтобы отношение Fпов/Vh было по возможности меньше. Его значение зависит от рабочего объема Vh (при большом Vh отношение Fпов/Vh=const/D уменьшается), отношения S/D, формы и типа камеры сгорания (наименьшая относительная теплопередающая поверхность будет у сферической камеры, наибольшая – у разделенной камеры сгорания). С увеличением степени сжатия е относительная площадь теплопередающей поверхности уменьшается, а температура сжимаемой смеси повышается. В результате суммарного влияния всех факторов на процесс теплообмена показатель политропы не зависит от е или незначительно увеличивается с ее ростом.