Влияние степени сжатия ни процесс сгорания топливовоздушных смесей

Одним из наиболее эффективных способов улучшения энерго-экономических показателей поршневых двигателей является повышение степени сжатия ε=V_a/V_c. При повышении степени сжатия обычно уменьшают объем камеры сгорания вследствие чего уменьшается относительное количество остаточных газов (уменьшается коэффициент остаточных газов γ=М_r/М_цикл.).

Одновременно с повышением степени сжатия возрастают давление и температура свежего заряда к моменту подачи искры на электроды свечи. Нагрев свежего заряда до более высоких температур приводит к развитию во всей массе смеси экзотермических предпламенных реакций с появлением большого количества химически активных частиц. Такое развитие предпламенных процессов и низкая концентрация инертных молекул остаточных газов благоприятно влияет на условия формирования первоначального очага воспламенения от электрической искры, сокращая длительность τ_I начальной фазы процесса сгорания.

Возросшая химическая активность свежего заряда способствует также повышению скорости распространения фронта пламени по основной массе свежего заряда, несколько сокращая тем самым длительность Гц основной фазы быстрого сгорания (рис. 2.15).




Анализ кривых показывает, что повышение степени сжатия при прочих равных условиях приводит к повышению максимального давления сгорания Р_z и приближению максимума давления к ВМТ, но одновременно возрастает противодавление в конце такта сжатия и в начале сгорания. Для получения максимально возможной мощности в этих условиях угол опережения зажигания обычно уменьшают, сдвигая воспламенение и сгорание основной массы свежего заряда ближе к ВМТ.

Сокращение длительности процесса сгорания в минимальном объеме цилиндра приводит к сокращению потерь теплоты в систему охлаждения и с отработавшими газами, что повышает экономичность двигателя.

О наличии положительного влияния пред пламенных химических реакций на скорости процесса сгорания при повышении степени сжатия свидетельствует тот факт, что наивысшая мощность и экономичность двигателя достигаются при использовании топлива с предельно допустимым для данной степени сжатия октановым числом из условия бездетонационной работы двигателя на пороге детонации.

Если октановое число применяемого топлива достаточно высоко для данного двигателя с относительно низкой степенью сжатия, то из-за пониженных температур и отсутствия предпламенных реакций процесс сгорания в цилиндре по времени затягивается, переносится на такт расширения, что приводит к увеличению теплоотдачи в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к перегреву двигателя и возможному обгоранию выпускных клапанов.

Увеличение степени сжатия ε из-за уменьшения объема камеры сгорания приводит к возрастанию относительного количества свежего заряда, заключенного в щелевых зазорах между днищем поршня и поверхностью головки цилиндра, в пристеночных слоях при наличии вытеснителей, что приводит к уменьшению доли активного тепловыделения к моменту достижения максимальных значений давления Р_z и температуры Т_z. Это обстоятельство приводит к увеличению доли тепловыделения в 4-й фазе процесса сгорания - фазе догорания на такте расширения.


К числу мероприятий, увеличивающих скорость и полноту сгорания в фазах основного сгорания, относится создание в цилиндре интенсивных турбулентного и вихревого движений свежего заряда к моменту воспламенения от электрической искры, а также придание камере сгорания таких очертаний, которые вызывали бы дополнительную турбулизацию заряда на заключительных фазах процесса сгорания. Это способствует более быстрому завершению процесса тепловыделения в основных фазах сгорания и в фазе догорания.

Повышение степени сжатия позволяет без отклонений использовать в двигателе более обедненные топливовоздушные смеси и тем самым несколько повысить экономичность за счет более полного сгорания топлива. Однако наличие в избытке свободного кислорода приводит к повышению в продуктах сгорания токсичных окислов азота NO_x.

С повышением степени сжатия ε возрастает нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, что приводит к необходимости упрочнения деталей за счет их массы или применения более высококачественных материалов.