Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 20

 

79 

дорогостоящего)  топлива.  Баланс  экономики  в  авиации 

с  точки  зрения  уменьшения  общих  расходов  в  первую 

очередь  требует  экономии  в  массе  (как  двигателя,  так 

и  топлива).  Наконец,  соображения  прочности,  помимо 

тех,  которые  имеют  отношение  к  наполнению  (большие 

клапаны),  и  высокая  тепловая  нагрузка  требуют  при- 

менения  очень  простых  конфигураций  камеры  сгорания. 

Сочетание  этих  требований  (особенно  ограниченная  тур- 

булентность)  приводит  к  тому,  что  горение  иногда  может 

протекать  очень  нестабильно 
(рис.  35).  Позднее  стабиль- 

ность  была  увеличена  в  ре- 

зультате  тщательного  изуче- 

ния  турбулентности,  возника- 

ющей  при  впуске.  Установка 

двух свечей зажигания в каж- 

дом  цилиндре  из  условий 

большей  надежности  также 

способствует  более  стабиль- 

ной  работе  двигателя  и  уско- 

ряет горение.

 

154.  В  автомобильном  дви- 

гателе  наибольшее  значение 

имеют: 

высокая 

приеми- 

стость,  высокая  топливная 

экономичность  при  постоянных  эксплуатационных  скоро- 

стях  движения  и  мягкая  работа  двигателя.  Мягкая  работа 

двигателя  —  очень  общее  понятие.  Оно  включает  в  себя 

весьма  различные  факторы.  В  первую  очередь  мягкая 

работа  определяется  равномерной  работой  двигателя  в  це- 

лом;  поэтому  во  всех  цилиндрах  должен  происходить 

идентичный  процесс  так,  чтобы  ритм  работы,  например 

шести  цилиндров  (три  цилиндра  на  каждый  оборот  в  слу- 

чае  четырехтактного  двигателя),  не  модулировался  бы 

ритмом,  имеющим  частоту,  равную  одной  шестой  от  этой 

основной  частоты.  Практически  все  современные  авиа- 

ционные  и  автомобильные  двигатели  имеют  основную 

частоту  колебаний  крутящего  момента  выше  собственной 

частоты  подвески  двигателя  на  шасси  автомобиля  или 

самолета.  Поэтому  возмущение  со  значительно  более 

низкой  частотой  будет  явно  обнаруживаться  (рис.  36), 

если  частота  этого  возмущения  близка  к  собственной 

частоте подвески двигателя. Это приводит к тому, что

 

 

Рис.  35.  Разброс  циклов  давле- 

ние  —  время  за  определенный 

отрезок  времени  в  двигателе 

с  искровым  зажиганием  и  сла- 

бой турбулизацией заряда

 

 

80 

на      шасси      передаются      значительные        реактивные      мо- 

менты.

 

155.  Понятие  «мягкая  работа»  включает  действитель- 

ное  повышение  давления  в  том  смысле,  как  это  уже  об- 

суждалось  в  абзаце  6.  Для  мягкой  работы  двигателя, 

особенно  при  полной  нагрузке  (ускорении),  требуется 

равномерное  повышение  давления.  Для  этого  нужно 

уметь  управлять  горением  в  широком  диапазоне  чисел 

оборотов,  плотности  заряда  и  со- 

става  смеси.  С  этой  точки  зрения 

представляется  особенно  важным 

более 

глубокое 

изучение 

влияния

 

 

Рис.  36.  Иллюстрация  причин  жесткой 

работы  четырехцилиндрового  двигателя, 

имеющего  частоту  колебания  на  подвеске 

ниже  частоты  вынужденных  колебаний 

при  ненормальном  сгорании  в  одном 

из цилиндров:

 

/  —  резонанс  (собственная  частота);  //  —  ча- 

стота  возбуждающего  импульса  при  одном 

ненормально  работающем  цилиндре;  ///  —  ча- 

стота  вынужденных  колебаний  при  работе 

четырехцилиндрового двигателя

 

 

Рис. 37. Диаграмма давле- 

ние  —  время  двигателя 

с  искровым  зажиганием, 

иллюстрирующая  запаз- 

дывание  повышения  дав- 

ления:

 

А — пробой  искрового про- 

межутка; а  —«задержка» по- 

вышения  давления;  б—время 

сгорания

 

турбулизации  и  конструкции  камеры  сгорания  на  про- 

цесс, чем в случае авиационных двигателей.

 

Так  как  для  достижения  минимальной  стоимости 

двигателя  и  обеспечения  высокого  механического  к.  п.  д. 

число  опор  коленчатого  вала  делается  как  можно  мень- 

шим,  а  диаметр  подшипников  также  ограничивается, 

приобретает  особую  важность  влияние  повышения  да- 

вления в камере сгорания на работу двигателя.

 

156.  В  первую  очередь  рассмотрим  процесс  сгорания 

в  одноцилиндровом  двигателе,  в  котором  количество 

и  состав  смеси  остаются  неизменными  в  течение  всех  рабо- 

чих циклов.

 

При  дальнейшем  рассмотрении  будем  базироваться 

на диаграмме давление—время (рис. 37). Как уже отме-

 

 

 

 

81 

чалось  выше  (абзац  73),  на  диаграмме  должен  быть  выде- 

лен  период  весьма  незначительного  повышения  давления, 

следующий  за  проскоком  искры  (время  задержки,  но  не 

индукционный  период),  и  весь  процесс  может  быть  раз- 

делен на:

 

1)  период  времени,  в  течение  которого  не  происходит 

заметного повышения давления; 

2)  собственно  период  горения  или  период,  в  течение 

которого происходит повышение давления. 

Представляются  важными  следующие  параметры:  про- 

должительность  задержки  повышения  давления;  продол- 

жительность  собственно  процесса  горения;  форма  кривой 

давления; достигнутое давление сгорания.

 

Очень  трудно  определить  задержку  теоретически, 

так  как  ни  теоретически,  ни  даже  по  фотографии  пламени 

невозможно  достаточно  точно  наметить  критическую 

точку.  Но  так  как  задержка  повышения  давления 

является  характерным  периодом  диаграммы  давления  и, 

как  будет  показано  далее,  величиной,  зависящей  от 

изменения  определенных  факторов,  представляется  необ- 

ходимым использование и объяснение этого термина.

 

Чем  больше  задержка,  тем  больший  угол  опережения 

зажигания  должен  быть  установлен,  чтобы  повышение 

давления  происходило  в  требуемый  интервал  времени. 

Нежелательность  длительной  задержки  связана  с  тем, 

что  она  изменяется  с  плотностью  заряда,  составом  смеси 

и  скоростью  вращения  коленчатого  вала,  и  поэтому 

соответственно  возрастают  трудности  регулирования  угла 

опережения  зажигания  в  зависимости  от  этих  факторов. 

Задержка  возрастает  при  уменьшении  плотности  заряда, 

при  более  низкой  степени  сжатия  и  меньшей  степени 

турбулизации  заряда.  Более  того,  задержка  зависит  от 

состава  смеси,  так  что  минимум  ее  наступает  где-то  при 

значении  коэффициента  КС  =1, 1.   Задержка  увеличи- 

вается  особенно  при  обеднении  смеси,  в  связи  с  чем  обычно 

приходится  применять  относительно  богатую  смесь  в  тех 

случаях,  когда  прочие  условия  вызывают  удлинение 

задержки.  Как  следствие  этого,  при  экономической  регу- 

лировке,  которая  включает  использование  бедных  смесей 

на  частичных  нагрузках,  необходимо  найти  способы  сокра- 

щения задержки и использовать их при обедненной смеси.

 

157.  Опыты,  проведенные  на  одноцилиндровом  дви- 

гателе [14] размерностью: диаметр 82,5 мм, ход 114,3 мм,

 

 

82 

работавшем  при  n  =  1720  об/мин,  расширили  предста- 

вление  о  природе  задержки.  При  использовании  сухой 

смеси,  полученной  подогревом  заряда  до  необходимой 

температуры,  и  гомогенизирующего  сосуда,  установлен- 

ного  между  карбюратором  и  двигателем,  имеющего  объем, 

в  40  раз  больший  рабочего  объема  двигателя,  были  про- 

ведены  измерения  продолжительности  задержки  и  всего 

остального  периода  горения  при  различных  условиях 

работы  двигателя.  Изменялись  давление  и  температура 

на  впуске,  степень  сжатия,  состав  смеси,  а  также  степень 

и характер турбулизации заряда.

 

Было  найдено  возможным  объединить  влияние  давле- 

ния  и  температуры  на  впуске  и  степени  сжатия  в  ком- 

плексе,  так  как  важными  оказались  лишь  температура 

и  давление  в  конце  сжатия  (более  точно  в  момент  про- 

скакивания  искры).  Период  горения,  следующий  за  за- 

держкой,  оказался  зависящим  от  упомянутых  факторов 

в значительно меньшей степени.

 

Интересные  результаты  были  получены  при  изменении 

состава  смеси.  С  точки  зрения  экономического  регулиро- 

вания  важно  знать  наименьшее  значение  коэффици- 

ента  КС,  которое  может  быть  применено  на  практике. 
 158.  С  обычным  впускным  клапаном  (рис.  38,  1)  и  ка- 

налом,  не  имеющим  специально  спрофилированные  очерта- 

ния  и  предположительно  создающим  незначительное  на- 

правленное  движение  заряда  и  умеренную  микротурбу- 

лентность  (скорость  впуска,  оцененная  по  диаметру 

горловины  клапана  и  средней  скорости  поршня,  соста- 

вляла  50  м/сек),  были  получены  значения  задержки 

и  длительности  горения,  показанные  на  рис.  38  кривыми  1, 

причем  здесь  каждому  составу  смеси  соответствует  опти- 

мальный  угол  опережения  зажигания.  Было  найдено, 

что  даже  при  оптимальном  составе  смеси  продолжитель- 

ности  задержки  соответствует  значительное  число  гра- 

дусов  поворота  коленчатого  вала.  При  коэффициенте  КС  = 
=  0,91  достигался  минимальный  расход  топлива,  в  то 

время  как  при  коэффициенте  КС  =  0,83  наблюдался 

предел  устойчивых  вспышек,  и  дальнейший  подбор  угла 

опережения зажигания оказывался невозможным.

 

При  этом  следует  отметить  весьма  значительный 

разброс  точек,  отвечающих  продолжительности  задержки, 

так  что  приходилось  пользоваться  средними  значениями 
(абзац  162).  Вследствие   этого разброса на диаграммах