Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 23

 

91 

до  такой  степени,  что  при  данном  октановом  числе  ока- 

жется  возможным  использование  более  высокой  степени 

сжатия,  что,  однако,  будет  сопровождаться  большими 

тепловыми  потерями  и  затянутым  процессом  горения. 

Кроме  того,  более  высокая  степень  сжатия  повлечет  за 

собой 

необходимость 

использования 

более 

массивного 

коленчатого  вала  и,  следовательно,  вызовет  повышение 

механических потерь.

 

172.  Смещение        периода        создания        турбулентности 

с  такта  впуска  на  конец  сжатия  имеет  свои  преимущества, 

так  как  при  этом  оказывается  возможным  увеличить  диа- 

метр      впускного      канала      и      вследствие      этого      повысить 

наполнение.      Кроме  того,    на  турбулизацию,    созданную 

в  период  сжатия,  требуется  меньшая  затрата  энергии, 

так      как      меньше      времени      проходит      между    созданием 

и  использованием  вихрей.  Более  сложная  форма  камеры 

сгорания  менее  удачна  с  точки  зрения  тепловых  потерь, 

причем  это  может  особенно  проявиться  при  низком  числе 

оборотов.      Однако    одновременное  с  увеличением  тепло- 

вых  потерь  улучшение  протекания  горения  столь  велико, 

что  имеет  преобладающее  значение.  Увеличенная  конвек- 

тивная  теплоотдача  от  заряда  к  стенкам  снижает  предель- 

ные  значения  удельной  мощности,  что  является  решающим 

фактором,  из-за  которого  подобные  технические  решения 

не  применяются  в  авиационных  двигателях.  Для  авто- 

мобильных  двигателей    это  несущественно,    так  как    на 

режиме      полной      мощности      можно        в      крайнем      случае 

прибегнуть  к  использованию  богатой  смеси  в  качестве 

своеобразного внутреннего охлаждения (абзац 182). 

173.  Весь    комплекс    факторов,    с    помощью    которых 

осуществляется  воздействие  на  процесс  сгорания,  требует 

длительных  экспериментов  и  опытной  доводки  (это  осо- 

бенно  справедливо  в  части  достижения  мягкого  горения). 

Самуэльс,    бывший      конструктор    фирмы  Шевроле,    ввел 

метод  гипсовых  моделей,  который  стал  широко  известен 

благодаря  Таубу  [18].  При  использовании  этого  метода 

изготовляется  гипсовая  модель  конструируемой  камеры 

сгорания,  которая  устанавливается  так,  чтобы  ее  можно 

было  вращать.  Центр  вращения  располагается  в  той  точке, 

где  должна  быть  установлена  свеча  зажигания.  С  помощью 

небольшого  резца  с  модели  последовательно  снимаются 

сферические  сегменты,  а  остающаяся  часть  ее  взвеши- 

вается.   Исходя   из   простейшего   предположения,   что 

 

92 

в  период  горения  поршень  находится  в    в.  м.  т.  и  что  фронт 

пламени  всегда  имеет  сферическую  форму,  причем  свеча 

расположена  в  центре  этой  сферы,  определяется  объем 

заряда,  сгорающего  на  данном  радиусе  этого  идеализи- 

рованного  фронта  пламени,  и  строится  график  увеличе- 

ния объема сгоревшего газа в зависимости от радиуса

 

фронта  пламени.  Этот  радиус 

является  функцией  видимой, 

а  соответственно  также  и  дей- 

ствительной 

скорости 

пла- 

мени,  так  что  в  итоге  опре- 

деляется 

объем 

сгоревшего 

заряда  в  функции  времени. 

В  принципе,  если  пренебречь 

сделанными 

упрощениями, 

таким  образом  можно  опре- 

делить  повышение  давления 

в  функции  времени.  Опытным 

путем  было  найдено,  что  для 

получения 

мягкого 

горения 

увеличение  объема  V

сг

  сгорев- 

шего  заряда  в  функции  ра- 

диуса  сферы  должно  удовлет- 

ворять 

определенным 

требо- 

ваниям  (рис.  45).  Это  нередко 

приводило  к  принятию  свое- 

образных  форм  головок  ци- 

линдров  и  поршней  (рис.  46). 

Конструктор,  однако,  должен 

стремиться  достичь  цели  наи- 

более 

простыми 

средствами, 

применив,  в  частности,  порш- 

ни, имеющие плоские днища. 

174. 

Изучая  многочисленные  конструкции  двигате- 

лей,  которые  создавались  на  протяжении  длительного 

времени,  довольно  трудно  выяснить,  чем  именно  были 

мотивированы  в  прошлом  решения  ряда  конструкторов. 

В  более  поздних  конструкциях  можно  обнаружить  общий 

принцип,  сводящийся  к  тому,  чтобы  сосредоточить  воз- 

можно  больший  объем  вокруг  свечи  зажигания  и  напра- 

вить  фронт  пламени  в  сторону  более  узких  объемов, 

таких  как  зазор  между  головкой  цилиндра  и  поршнем. 

Так  как мягкость работы   двигателя  является  весьма

 

 

Рис. 45. Анализ камер сгорания 

по Самуэльсу:

 

1 — «жесткий» процесс;   2 — «мяг- 

кий»  процесс;  3 — идеальный про- 

цесс

 

 

93 

 

 

 

Рис. 46. Камеры сгорания 

с концентрацией объема 

у свечи зажигания и зо- 

ной охлаждения последней 

части заряда

 

 

94 

субъективным  фактором  и,  более  того,  внешнее  ее  прояв- 

ление  зависит  также  от  конструкции  деталей  двигателя, 

понятно,  что  в  принятых  различными  конструкторами 

решениях  имеются  большие  различия.  В  настоящее  время 

наблюдается  тенденция  обеспечивать  мягкую  работу  дви- 

гателя  даже  при  очень  быстром  горении  за  счет  приме- 

нения  более  жесткой  конструкции  коленчатого  вала 

с большим числом подшипников (дизели).

 

175. 

Из  сказанного  следует, 

что,  кроме  собственно  формы  ка- 

меры  сгорания,  очень  важное  зна- 

чение  имеет  расположение  свечи 

зажигания,  так  как  в  целом  форма 

камеры  как  бы  рассматривается 

из  этой  точки.  Расположение  свечи 

зажигания  зависит  от  ряда  допол- 

нительных  факторов.  Помимо  кон- 

структивных  соображений  (доступ- 

ность  для  обслуживания,  условия 

охлаждения),  важно,  чтобы  конеч- 

ная  часть  заряда  располагалась 

в  месте,  оптимальном  в  отношении 

стойкости 

против 

детонации, 

а 

следовательно,  например,  не  там, 

где  расположен  выпускной  кла- 

пан.

 

Наиболее  желательное  распре- 

деление  объема  заряда,  сводящееся 

к  сосредоточению  части  объема 

в  зазоре  между  поршнем  и  головкой,  дает  хорошее  кон- 

структивное  решение  одновременно  с  точки  зрения  тур- 

булизации  заряда  и  охлаждения  последней  его  части 
(абзац 171).

 

На  рис.  47  показаны  индикаторные  диаграммы  дви- 

гателя  с  боковым  расположением  клапанов,  на  которых 

хорошо  обнаруживается  закругление  в  конце  повышения 

давления.

 

Характер 

повышения 

давления, 

определенный 

при 

различных  интенсивностях  детонации,  выявляет  нали- 

чие  длительного  периода  догорания,  являющегося  ха- 

рактерным  для  рассматриваемой  камеры  со  значительной 

протяженностью  зоны,  в  которой  сосредоточена  послед- 

няя хорошо охлаждаемая часть заряда.

 

 

Рис.  47.  Индикаторные 

диаграммы  при  различной 

интенсивности детонации:

 

1  —  начало  горения;  2—  на- 

чало  детонации;  3  —  конец 

нормального  Горения;  4  — 

сильная  детонация;  δ  —дето- 

нации нет