Физические основы теплотехники. Часть I. Термодинамика. Панов В.К. - 143 стр.

§ 35. Двигатели внутреннего сгорания                                   135

       Насколько процесс 2–3 изохорный, можно судить, сравнив длитель-
ность процесса горения со временем нахождения поршня вблизи верхней
мертвой точки. Сделаю оценки на примере автомобиля «Нива».
       Диаметр цилиндра – 7,9 см. При паспортной степени сжатия 8,5 объ-
ем камеры сгорания V2, в котором помещается сжатая смесь в верхней мерт-
вой точке, составит 69 см3. Если бы этот объем имел форму цилиндра диа-
метром 7,9 см, то его высота составила бы 1,4 см. Он же имеет клиновидную
форму наподобие усеченной таблетки, с толстой стороны которой распола-
гается свеча. Поэтому приму для оценок среднее расстояние, проходимое
фронтом горения за время сгорания порции смеси, примерно равным 5 см.
       Скорость распространения пламени в газовых смесях сильно зависит
от их состава и начальных параметров и обычно не велика — десятки мет-
ров в секунду [6, 11]. Пусть это будет 50 м/с. Тогда время горения соста-
вит 5 см /50 (м/с) = 10–3с. При обычной езде по трассе частота вращения ва-
ла двигателя – 3000 об/мин. За 10–3с угол поворота составит 18°, т. е. ± 9°
относительно верхней мертвой точки. Такой поворот вала вызывает измене-
ние положения поршня, соответствующее изменению объема V2 на 7%. Ин-
струкцией по эксплуатации рекомендовано устанавливать угол опережения
зажигания 5°. В этом случае изменение объема V2 составит 2%. Примерно
с такой точностью процесс 2–3 можно считать изохорным.

      В изохорном процессе (см. § 16) увеличение температу-
ры и давления происходит до тех пор, пока подводится тепло.
Точка 3 соответствует окончанию горения, и ее параметры,
таким образом, определяются количеством подведенного теп-
ла (количеством сгоревшего топлива).
      Процесс 3–4, адиабатное расширение продуктов сгора-
ния — основной рабочий ход поршня. В нем газ уже без под-
вода тепла производит как раз ту работу, которую мы рассчи-
тываем получить от двигателя. При адиабатном расширении
температура и давление газа уменьшаются, поскольку газ рас-
ходует свою внутреннюю энергию на совершение работы про-
тив внешних сил.
      Состояние 4 соответствует нижней мертвой точке: от-
крывается выпускной клапан, бóльшая часть продуктов сгора-
ния покидает цилиндр, а с ними отводится тепло Q2. Давление
в точке 4 существенно выше атмосферного — не менее чем
на 1÷2 бар, температура — 500÷600 °С. В таких условиях
скорость истечения продуктов через выпускной клапан бу-
дет близка к звуковой — около 600 м/с (поэтому ездить без
глушителя, мягко говоря, неприлично). Длительность вы-
пуска газов примерно такая же, как время сгорания смеси.