Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 21

 

83 

давления  также  обнаруживались  различия,  особенно 

в  зоне  максимальных  давлений  сгорания;  именно  в  этом, 

следовательно,  уже  можно  усмотреть  первую  причину 

недостаточно  мягкой  работы  двигателя,  несмотря  на  то, 

что  само  по  себе  горение  не  было  резким.  Примечательно, 

что  продолжительность  собственно  горения  в  функции 

состава  смеси  изменяется  в  значительно  меньшей  степени, 

чем время задержки.

 

 

Рис.  38.  Влияние  турбулентности  на  задержку  повышения  давления, 

время сгорания и минимальные практические значения коэффициента

 

/  —  впуск;    //  —  выпуск;      1  —  при  слабой  турбулизации;    2  —  при  наличии 

направленного  вихря;    3  —  при    высокой  турбулизации.    Сплошные  линии  — 

задержка    повышения  давления;    штриховые  линии—время  сгорания      (стрел- 

ками показаны минимальные практические значения  КС)

 

159.  Можно  представить,  что  развитие  горения  в  гра- 

ничном  слое  у  стенок  камеры  (рис.  39)  в  течение  задержки 

определяется  нормальной  скоростью  сгорания,  так  как 

заряд  здесь  практически  неподвижен,  в  то  время  как 

развитие  горения  в  остальной  части  заряда,  в  той  или 

иной  мере  турбулизированной,  определяется  скоростью 

этого  турбулентного  движения.  Как  было  установлено, 

это  приводит  к  тому,  что  продолжительность  горения 

оказывается  в  меньшей  степени  зависящей  от  нормаль- 

ной  скорости  сгорания.  Следовательно,  типичное  развитие 

процесса  с  некоторой  задержкой  повышения  давления, 

видимо,    связано    с    медленным   горением   начального

 

 

84 

полусферического  объема  в  граничном  слое,  в  результате 

чего  в  течение  некоторого  периода  времени  выделение 

энергии весьма невелико.

 

160.  После  того  как  было  обнаружено,  что  при  работе 

вблизи      зоны      предельного      обеднения      смеси      частичное 

закрытие    дроссельной      заслонки,      расположенной      непо- 

средственно  перед  впускным  клапаном,  привело  к  улуч- 

шению  работы  двигателя,  были  проведены  эксперименты 

с  заширмленным  клапаном  (см.  рис.  38),  который  в  прин- 

ципе  создавал   направленное  движение  заряда   вокруг

 

оси  цилиндра.  Увеличенное  сопро- 

тивление 

этого 

клапана 

было 

скомпенсировано,  так  что  достига- 

лась  та  же  плотность  заряда,  что 

и  без  ширмы  на  клапане.  Из  гра- 

фика  (кривые  2  на  рис.  38)  видно, 

что  время  задержки  заметно  сни- 

зилось,  вследствие  чего  значения 

коэффициента 

КС, 

соответствую- 

щие  минимальному  расходу  топ- 

лива  и  пределу  устойчивого  вос- 

пламенения,  также  уменьшились. 

Продолжительность 

горения 

также 

сократилась 

из-за 

повышенной  интенсивности  движения  заряда.  Наиболее 

правдоподобное  объяснение  причин  сокращения  задержки 

сводится  к  предположению,  что  направленное  движение 

заряда  с  высокой  скоростью  уменьшило  толщину  застой- 

ного пограничного слоя.

 

161.  Улучшение  работы  двигателя  при  дросселирова- 

нии  вблизи  впускного  клапана  произошло  в  результате 

увеличенной  турбулентности,  вызванной  частичным  при- 

крытием    дроссельной    заслонки.      Это    явление    известно 

из  практики  (рис.  40),  и  большинство  водителей  знает, 

что    для      быстрого      повышения      числа      оборотов      нужно 

относительно  плавно  нажимать  на  педаль  подачи  топлива. 

При  этом  имеют  значение  и  другие  факторы,  такие,  напри- 

мер,  как  улучшенное  распыливание  и  испарение  топлива 

у  кромок    дроссельной      заслонки,      что    было      исключено 

в опыте Ван Хуугстратена. 

162.  Для  выяснения  того,  влияет  ли  на  работу  дви- 

гателя    направленное  движение  заряда  в  большей    или 

меньшей    степени,    чем    ненаправленная    турбулентность, 

был изготовлен другой клапан, тоже частично экраниро- 

 

Рис.  39.  Схематическое 

изображение  пограничного 

слоя,  в  котором  происхо- 

дит  зажигание  смеси  (на- 

чинается горение)

 

 

85 

ванный,  но  уже  в  виде  шести  отдельных  равномерно  рас- 

положенных  по  окружности  маленьких  экранов  (см. 

клапан  на  рис.  38,  3).  Размеры  этих  экранов  были  подо- 

браны  опытным  путем  так,  чтобы  клапан  оказывал  потоку 

такое  же  сопротивление,  как  и  предыдущий  обычный 

заширмленный  клапан.  Это  позволяет  предположить, 

что в обоих случаях при впуске одинаковое количество

 

Рис.  40.  Изменение  сред- 

него  эффективного  давле- 

ния  двигателя  в  зависи- 

мости  от  числа  оборотов 

при  различных  положе- 

ниях  дроссельной  заслон- 

ки:

 

I — линия   среднего   давле- 

ния внутренних  потерь при 

закрытой    дроссельной   зас- 

лонке

 

работы  было  превращено  в  энергию  движения.  Результат, 

как  видно  из  кривых  3  на  рис.  38,  ясно  свидетельствует 

о  меньшем  эффекте  микротурбулентности.  Задержка  вновь 

заметно  возросла  во  всем  диапазоне  составов  смеси. 

Продолжительность 

горения 

также 

увеличилась. 

Это, 

вероятно,  связано  с  тем,  что  в  период  между  впуском 

заряда  и  проскакиванием  искры  имеют  место  потери 

энергии  вследствие  трения  (см.  опыт  Клерка,  абзац  61). 

Правдоподобным  является  предположение  о  том,  что 

в  случае  направленного  вращательного  движения  заряда 

вокруг  оси  цилиндра  к  моменту  горения  сохраняется  не 

рассеянной  большая  часть  первоначальной  энергии,  чем 

в случае ненаправленной, хаотичной турбулентности.

 

 

 

86 

Во  всех  этих  опытах  было  показано,  что  при  меньших 

задержках  уменьшается  разброс  диаграмм  давления,  что 

также  наблюдалось  в  опытах  NACA  при  использовании 

вращающегося заряда [15].

 

163.  Некоторое  влияние  оказывает  длина  искры,  осо- 

бенно  при  бедных  смесях  и  слабой  турбулизации  (рис.  41). 

Следует  также  отметить  тот  факт,  что  напряжение  пробоя 

искрового  промежутка  зависит  от  плотности  заряда, 

величины  искрового  зазора,  а  также  от  состава  смеси, 

причем  напряжение это максимально в случае бедных

 

смесей. 

Следовательно, 

при 

применении 

бедных 

смесей 

повышаются 

требования 

к 

аппаратуре 

зажигания. 

Система  зажигания  с  низ- 

ким 

напряжением, 

вклю- 

чающая 

специальные 

све- 

чи, 

дающие 

поверхност- 

ный 

разряд 

(предложение 

Бейджи 

Смитса), 

должна 

обеспечить 

определенное 

улучшение 

зажигания 

бед- 

ных смесей.

 

164. 

Из  сказанного  вы- 

ше  следует,  что  для  эффек- 

тивной  и  экономичной  регулировки  двигателя  в  широком 

диапазоне  нагрузок  и  чисел  оборотов  нужно  добиться 

необходимой  степени  турбулизации  заряда.  Рикардо  [16] 

уже  в  начале  двадцатых  годов  подчеркивал  желательность 

последней,  для  того  чтобы  избежать  затяжного  горения 

и  пропуска  вспышек  вследствие  невозможности  развития 

горения  смеси  в  застойном  пограничном  слое.  Он  первым 

ввел  дополнительную  по  отношению  к  той,  которая  со- 

здается  при  впуске,  турбулизацию  заряда  с  помощью 

поршня,  снабженного  вытеснителями,  которые  подходят 

близко  к  головке  цилиндра  и  вытесняют  часть  заряда  из 

пространства  над  вытеснителями  в  камеру  сгорания, 

тем  самым  повышая  турбулизацию  заряда.  Однако  тре- 

бования,  возникающие  при  работе  на  частичных  нагруз- 

ках  с  низким  значением  коэффициента  КС  с  целью  до- 

стижения  наибольшей  экономичности,  простираются  зна- 

чительно  дальше.  В  этом  случае  необходимо  добиться 

такого смешения свежего заряда со сгоревшими остаточ-

 

 

Рис. 41. Влияние величины зазора 

между электродами свечи на прак- 

тические    значения     коэффициен- 

та KС

min 

:

 

1 — клапан обычного типа;   2 — кла- 

пан с ширмой