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.

В двигателях с посторонним источником зажигания параметры в конце сжатия не должны достигать значений, при которых может произойти само­воспламенение.

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, а потому кривая состояний рабочего тела от точки а (рис. 28) проходит выше адиабаты ат переменной теплоемкости, проходя­щей через точку а.

При дальнейшем сжатии температура сжимаемого заряда повышается и передача тепла к нему будет уменьшаться. Процесс сжатия ас может совпасть в какой-то точке b с адиабатой bп, проведенной через точку b.

Вследствие повышения температуры заряда процесс сжатия в дальней­шем будет протекать с отводом тепла к стенкам цилиндра, а потому кривая действительного процесса сжатия пойдет ниже адиабаты bп.

Отсюда следует, что процесс сжатия протекает с переменным теплообме­ном не только по величине, но и по направлению. Характер теплообмена и характер кривой процесса сжатия зависит от различных причин: от числа оборотов двигателя, от геометрических размеров цилиндра, от охлаждения стенок цилиндра и донышка поршня, от степени сжатия, от тепловой на­пряженности цилиндра, от состояния изношенности цилиндра и поршневых колец и др.

Если весь процесс сжатия разбить на ряд участков и каждый такой участок принять как политропный процесс с постоянным показателем п, то можно установить характер изменения показателя п процесса сжатия. Определение указанным способом показателя политропы сжатия по инди­каторным диаграммам показывает, что в начале сжатия п составляет около 1,50—1,53 и в конце сжатия — пример­но Г, 1—1,17.

Для определения расчетным путем давления и температуры в конце сжа­тия (в целях упрощения этого расчета) действительный процесс сжатия заме­няют политропным с постоянным пока­зателем n₁, равным среднему значению за весь процесс сжатия. Показатель по­литропы n₁ должен быть принят из ус­ловия равенства параметров в начале и в конце сжатия как действительного про­цесса сжатия, так и принятого политропного.

Величина показателя пi зависит прежде всего от числа оборотов двига­теля. С повышением числа оборотов продолжительность теплообмена умень­шается, а потому n₁ возрастает. Интенсивность охлаждения стенок цилиндра влияет на их температуру, а потому и на теплоотвод от сжимаемого заряда, а следовательно, и на величину n₁. С усилением охлаждения (теплоот­вода) n₁ уменьшается; по этой же причине n₁ имеет минимальные значения в пусковой период работы холодного двигателя. Чем меньше диаметр ци­линдра, тем меньше значение n₁, так как относительная поверхность охлаж­дения изменяется обратно пропорционально диаметру цилиндра D:

По мере увеличения нагрузки двигателя температура стенок цилиндра повышается и теплоотвод от сжимаемого заряда будет уменьшаться, а n₁ будет возрастать. При наличии износа цилиндра и поршневых колец утечка свежего заряда в период сжатия становится больше, усиливается теплоотвод и уменьшается значение n₁.

На основании опытных данных среднее значение показателя политропы сжатия n₁ для определения температуры Т_с и давления р_с в конце сжатия может быть принято следующим:

В период пуска в ход холодного двигателя n₁ примерно равно 1,18—1,2.

При отсутствии опытных данных по определению n₁ можно, как пред­ложил Е. К. Мазинг, найти среднее значение показателя кажущейся адиа­баты и приравнять его п₁, т. е. (k = n₁).

Выражение работы для одного моля газа при адиабатном сжатии с по­стоянным значением k равно

где и_с — и_а — изменение внутренней энергии одного моля заряда за про­цесс сжатия;

L_зд.с — работа адиабатного сжатия одного моля заряда при постоянном среднем значении показателя адиабаты k₁.

Подставляя значение изменения внутренней энергии и выражая работу через изменение температуры, получим:

После сокращения на (Т_с—Т_а) и замены Т_с на Т_а ?^{k1 - 1} получаем уравнение, из которого определяется значение k₁.

где a_? и b — коэффициенты линейной зависимости теплоемкости от темпе­ратуры.

Решение уравнения (19) относительно b₁ удобнее производить способом последовательных приближений, задаваясь предварительно значениями k₁ для вычисления правой части уравнения.

Принимая процесс сжатия как политропный процесс с постоянным показателем щ, давление и температуру в конце сжатия можно определить из уравнения этого процесса:

Из этих выражений следует, что с увеличением степени сжатия, сред­него значения показателя политропы сжатия, давления и температуры в на­чале сжатия (в конце наполнения) давление р_с и температура Т_с в конце сжатия повышаются.

Наибольшее влияние на величину р_с и Т_с оказывает степень сжатия. Действительная величина степени сжатия ?_д отличается от номинальной ? = V_a / V_c тем, что она равна отношению объема полости цилиндра в момент закрытия распределительных органов к объему камеры сжатия.

где ?_S — доля рабочего объема цилиндра V_S соответствующая моменту закрытия распределительных органов цилиндра.

При выполнении расчетов четырехтактных двигателей обычно приме­няют только номинальную степень сжатия ?, тогда как в двухтактных дви­гателях больше пользуются действительной степенью сжатия.

В двухтактных двигателях с противоположно движущимися поршнями, условная степень сжатия определяется:

?₁ и ?₂ — отношение R/L опережающего и отстающего поршней (здесь L — длина шатуна);

Н_к — расстояние между днищами поршней, когда каждый из них находится на своей ВМТ.

У действующих двигателей степень сжатия определяется по замеряе­мому объему камеры сжатия посредством заливки этого объема маслом при нахождении поршня в ВМТ.

Увеличение степени сжатия, как это было показано ранее, увеличивает коэффициент наполнения, уменьшает коэффициент остаточных газов, об­легчает пуск двигателя в ход, повышает надежность самовоспламенения топлива (сокращая период подготовки топлива к самовоспламенению) и сокращает продолжительность процесса сгорания. Вместе с тем увеличе­ние степени сжатия вызывает рост максимального давления цикла р_z, ве­личина которого лимитируется конструктивными соображениями.

В судовых тихоходных дизелях степень сжатия обычно находится в пределах 13—15, а у быстроходных дизелей с однокамерным смесеобразо­ванием степень сжатия колеблется от 15 до 15,5 и повышается до 18—20 у быстроходных дизелей с двухкамерным смесеобразованием.

Карбюраторные двигатели имеют степень сжатия: бензиновые двига­тели 5—9 и керосиновые 3—4.

Давление и температура в конце сжатия достигают величины: