Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 22

 

87 

ными  газами,  которое  обеспечивало  бы  создание  у  свечи 

оптимальных  и  стабильных  условий  для  развития  очага 

воспламенения, особенно при малой нагрузке.

 

165.  Наилучший  результат  был  бы  достигнут,  если  бы 

смешение  совсем  отсутствовало  (имело  место  так  назы- 

ваемое      расслоение      смеси),      т.  е.      чтобы      только      свежая 

смесь    направлялась    на    свечу  зажигания    и  оставалась 

там  к  моменту  воспламенения.  Последнее  условие  едва  ли 

практически  выполнимо,    так  как  вслед  за  окончанием 

впуска  следует  длительный  промежуток  времени,  в  тече- 

ние  которого  продолжается  движение  заряда.    Поэтому 

это      условие    требует      применения      разделенной      камеры 

сгорания    (абзац  227),    которая  не  нашла  еще  сколько- 

нибудь заметного применения на практике. 

166.  Альтернативным 

решением  является  интенсивное 

перемешивание  за  счет  мелкомасштабной  турбулентности 

для    достижения    однородного    состава    смеси    в    камере, 

включая  самые  мелкие  зоны.  Такое  интенсивное  переме- 

шивание  должно  иметь  место  по  меньшей  мере  в  объеме 

вокруг  свечи  зажигания.  В  современной  практике  созда- 

ние  турбулентности  за  счет  вытеснения  заряда  поршнем 
(так  называемый  «сквиш»  Рикардо)  используется  весьма 

широко.  В  результате  достигается  высокая  степень  гиб- 

кости      (устойчивое      горение      даже      при      низких      числах 

оборотов)  в  сочетании  с  высокой  удельной  мощностью, 

причем      одновременно      на      частичных      нагрузках      оказы- 

вается  возможным  использование  бедных  смесей.  Очевид- 

ным  является  благоприятное  влияние  высокой  степени 

сжатия ε на снижение количества остаточных газов. 

167.  Важно  то  обстоятельство,    что  на    практике    не 

представляется  возможным  обеспечивать  на  всех  режимах 

работы  двигателя  с  достаточной  точностью  оптимальный 

угол  опережения  зажигания.  В  автомобильных  двигате- 

лях  изменение  момента  зажигания  достигается  с  помощью 

комбинированного      устройства,      в      котором      опережение 

зажигания  увеличивается  посредством  центробежного  ре- 

гулятора  при  повышении  числа  оборотов  и  дополнительно 

контролируется    специальным  устройством,    работающим 

под    действием    разрежения      во    впускном    трубопроводе 

таким    образом,      что    опережение    зажигания    возрастает 

при  низких  давлениях  (более  высоком  вакууме,  рис.  42). 

Оба  устройства,  однако,  обеспечивают  лишь  простейшую, 

обычно  линейную  зависимость   опережения   зажигания 

 

88 

от  выбранного  параметра,  причем  для  их  успешной 

работы  желательно,  чтобы  диапазон  изменения  опере- 

жения  зажигания  не  превышал  суммарного  значения 

в  15—20°.  Автоматы  контроля  должны  быть  скомбини- 

рованы  таким  образом,  чтобы  обеспечить  наиболее  благо- 

приятные  условия  работы 

двигателя  на  всех  режимах 

с  учетом  изменения  состава 

смеси  при  изменении  на- 

грузки.  Кроме  того,  они 

должны 

предотвращать 

возможность 

возникнове- 

ния  детонации  при  полном 

открытии  дроссельной  зас- 

лонки  и  на  малых  числах 

оборотов,  обеспечивая  за- 

паздывание  подачи  искры 

по  сравнению  с  моментом, 

оптимальным  для  случая, 

когда  горение  не  сопро- 

вождается детонацией.

 

Рис. 42. Иллюстрация работы цен- 

тробежного и вакуумного автома- 

тов опережения зажигания:

 

/ — область работы вакуумного авто- 

мата;   // —область   работы центро- 

бежного автомата;   1 — при высоком 

вакууме;   2 — Яри  низком вакууме

 

Рис. 43. Возможность   изменения 

октанового числа топлива умень- 

шением  угла  опережения  зажига- 

ния:

 

1 — при регулировке угла на макси- 

мальную   мощность;   2 — при   более 

поздней регулировке

 

В  течение  длительного  времени,  когда  низкие  анти- 

детонационные  качества  коммерческого  бензина  препят- 

ствовали  развитию  двигателей,  состав  смеси  и  степень 

сжатия  подбирались  так,  что  с  имевшимися  тогда  топли- 

вами.  достигался  компромисс  между  хорошей  экономич- 

ностью  и  благоприятным  протеканием  кривой  крутящего 

момента.  Нередко выбирали повышенные значения сте-

 

 

 

 

89 

пени  сжатия  с  целью  достижения  высокой  экономичности 

и  шли  на  уменьшение  крутящего  момента  в  зоне  малых 

чисел  оборотов.  При  этом  в  тех  редких  случаях,  когда 

использовался  полный  крутящий  момент,  двигатель  на 

малых  числах  оборотов  работал  с  недобором  мощности 

на  несколько  процентов  из-за  несколько  заниженного 

угла  опережения  зажигания  (рис.  43).  В  настоящее  время 

при  доступности  высокооктановых  топлив  такая  регули- 

ровка двигателя является менее распространенной.

 

168.  Действительные        моменты        зажигания        соответ- 

ствуют  оптимальным  только  при  определенных  условиях, 

причем  чем  меньше  задержки  начала  заметного  повыше- 

ния  давления,  тем  ближе  действительные  моменты  опере- 

жения  зажигания  к  оптимальным  значениям  и  тем  ниже 

потери  по  сравнению  с оптимальными  регулировками. 

169.  Трудности,  связанные  с  достижением  оптималь- 

ной  регулировки  двигателя,  резко  возрастают  в  случае 

многоцилиндровых  двигателей  вследствие  различий  в  плот- 

ности  и  составе  заряда,  попадающего  в  отдельные  цилин- 

дры    (эти    различия    иногда  дополнительно  усиливаются 

из-за  частичного  испарения  легких  фракций,  см.  абзац  213), 

которые  могут  зависеть  от  геометрии  впускного  трубо- 

провода  и  колебаний  столба  газа  в  нем.  В  случае  приме- 

нения    более  богатой    смеси    эти    трудности  значительно 

уменьшаются.  Однако  это  не  является  наилучшим  реше- 

нием задачи. 

 
СОБСТВЕННО ГОРЕНИЕ (см. абзац 156) 

170.  Из  приведенного  выше  ясно,  что  период  горения 

не  так  подвержен  изменениям,  как  время  задержки.  Он 

определяется  условиями  турбулентности  и  максимальным 

размером  камеры    сгорания,    измеренным  от  электродов 

свечей.      О    продолжительности      периода    сгорания    в    ка- 

честве  первого  приближения  можно  утверждать,  что  она 

мало  зависит  от  состава  смеси  и  степени  сжатия  и  увели- 

чивается    обратно    пропорционально    скорости    вращения 

коленчатого  вала.  Полное  повышение  давления  в  резуль- 

тате  горения,  однако,  возрастает  прямо  пропорционально 

плотности    заряда    и    степени    сжатия      (что    может    быть 

рассчитано  с  помощью  простых  термодинамических  соот- 

ношений),  так  что  в  целом  повышение  давления  уско- 

ряется  с  увеличением   плотности  разряда,   повышением 

 

 

90 

степени  сжатия  и  увеличением  числа  оборотов  двигателя, 

в  связи  с  чем,  следовательно,  также  возрастает  вероят- 

ность нежелательных динамических эффектов (абзац 6). 

171.  Попытки  противодействовать  этим  эффектам  при- 

вели  к  проблеме  конструирования  камеры  сгорания. 

В  свое  время  Рикардо  [16]  уделил  большое  внимание 

этой  проблеме,  вначале  со  специальной  целью  подавления 

детонации,   а   позднее — также  для   контроля   степени

 

турбулизации. 

Уотмоу 

[17] 

добавил  к  этому  контроль  тем- 

пературы  стенок,  причем  он 

в  основном  имел  в  виду  подав- 

ление  предпламенных  реакций 

в  части  заряда,  сг орающей  

в  последнюю  очередь,  которые 

могли  бы  усиливать  уже  имею- 

щуюся 

тенденцию 

ускорения 

повышения  давления  к  концу 

горения.

 

Рикардо 

также 

придавал 

значение  так  называемому  охла- 

ждению 

(гашению) 

конечной 

порции  заряда;  в  его  когда-то 

знаменитой  «турбулентной»  го- 

ловке  с  нижним  расположением 

клапанов  конечная  порция  за- 

ряда  оказывалась  сжатой  в  от- 

носительно тонком слое между

 

частью  поршня  и  головкой  цилиндра  (рис.  44).  Это  совме- 

стное  действие  завихривания,  вызванного  (в  течение  послед- 

ней  части  сжатия)  движением  поршня  (абзац  164)  и  той 

турбулентностью,  которая  уже  была  создана  ранее  при 

впуске,  и  охлаждения  конечной  порции  заряда  оказалось 

столь  полезным  (рассмотрим  этот  процесс  в  абзаце  175), 

что  даже  в  двигателях  с  верхним  расположением  клапанов 

делались  попытки  применения  аналогичных  форм  камер 

сгорания,  что,  однако,  уже  представляется  ретроград- 

ством  по  сравнению  с  использованием  простых  и  более 

компактных  форм  камеры.  Необходимо  принимать  во 

внимание  не  только  допустимую  для  бензина  с  заданным 

октановым  числом  степень  сжатия,  но  и  конечный  резуль- 

тат  процесса  в  виде  достигаемого  среднего  эффективного 

давления. Можно усилить эффект охлаждения (гашения)

 

 

Рис.    44.     «Турбулентная» 

головка Г. Рикардо