Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 27

 

107 

талле  вокруг  свечи  имело  место  аккумулирование  тепла 

и  этот  участок  вокруг  свечи  зажигания  оставался  горячим 

даже  при  низкой  нагрузке.  В  современных  автомобильных 

двигателях,  однако,  становится  все  более  ясной  необхо- 

димость  обеспечивать  наилучшие  условия  работы  свечи 

зажигания  только  за  счет  конструкции  ее  изолятора,  и 

принимаются  меры  для  возможно  лучшего  охлаждения 

участка,  окружающего  свечу  (см.  рис.  56,  б).  Весьма 

низкий  расход  масла  в  современных  двигателях  облегчил 

проблему  подбора  свечи.  В  случае  двигателей  с  высокой 

мощностью  свеча  должна  особенно  интенсивно  охлаждаться 

снаружи.  Так  как  такие  двигатели  обычно  имеют  алюми- 

ниевые 

головки, 

то 

легче 

организовать 

интенсивное 

охлаждение   свечи. 

196. Свеча    зажигания      с    тепловой      характеристикой, 

близкой    к  пределу,      при    котором    возникает  калильное 

зажигание,      в    действительности      не      влияет      на      процесс 

горения,  так  как  воспламенение  в  любом  случае  возникает 

в  месте  ее  расположения.  Несвоевременное  воспламенение, 

возникшее      в      других      местах      перед      фронтом      пламени, 

может  вызвать  ускорение  горения  в  целом  вследствие  воз- 

никновения      нескольких    фронтов      пламени.      Вообще    это 

явление      последующего      воспламенения;      однако      может 

случиться,  что  местный  источник  воспламенения  не  ста- 

билен  в  термическом  отношении,    и  тогда  даже  такой 

вид      самопроизвольного      воспламенения      может      перейти 

в    преждевременное.      Последующее  воспламенение    очень 

часто  возникает  у  локально  горячих  частей  камеры  сго- 

рания  (хотя  еще  и  не  раскаленных),  которые  повышают 

температуру  сжатия  близлежащей   смеси. 

 
ДЕТОНАЦИЯ 

197. Детонация  является  в  той  или  иной  мере  одно- 

временным  взрывом  последней  части  заряда,  вызванным 

ее  самовоспламенением  (абзац  18).  Она  возникает  тогда, 

когда  полное  давление  сжатия  этой  части  заряда  (совпа- 

дающее  с  максимальным  давлением  нормального  сгорания) 

и  ее  температура  становятся  слишком  высокими  с  точки 

зрения  минимально  допустимого  периода  индукции  вос- 

пламенения  топливо-воздушной    смеси.      Рикардо  первым 

понял,  что  именно  это  явление  контролирует  и  ограничи- 

вает   развитие   бензинового   двигателя.   При   детонации 

 

108 

ухудшается  экономичность,  поэтому,  например,  при  по- 

вышении  степени  сжатия  ожидаемое  улучшение  экономич- 

ности  будет  меньше,  чем  при  бездетонационном  сгорании. 

С  увеличением  интенсивности  детонации  улучшение  эко- 

номичности  из-за  роста  ε  уменьшается  до  нуля  и  даже  ста- 

новится  отрицательным.  На  рис.  57  показана  зависимость 

среднего  индикаторного  давления  от  степени  сжатия  при 

детонации  и  без  детонации.  С  помощью  таких  графиков 

Рикардо ввел понятие«максимальная полезная степень сжа-

 

Рис.  57.  Пояснение 

понятия  максимальной 

полезной  степени  сжа- 

тия,  введенного  Ри- 

кардо:

 

1 — зависимость P

e

 (ε) 

при отсутствии детона- 

ции; 2—зависимость Р

е

(ε) 

для испытываемого топ- 

лива. Стрелками пока- 

зано: N — умеренная де- 

тонация; N

1

 —сильная 

детонация

 

тия»  (МПСС),  которая  является  характеристикой  топлива 

в  определенном  двигателе  при  определенных  условиях. 
198.  Вначале  при  появлении  слабой  детонации  можно 

теоретически  ожидать  некоторого  улучшения  экономич- 

ности  вследствие  менее  продолжительного  горения. 

Иногда  это  в  действительности  обнаруживается;  вскоре, 

однако,  потери  становятся  преобладающими.  Эти  потери 

вызываются  быстрым  сгоранием  части  заряда,  приводящим 

к  тому,  что  давление  в  объеме  камеры  сгорания  не  успе- 

вает  выравниваться,  как  это  имеет  место  при  постепенном 

взрыве.  При  бесконечно  быстром  местном  взрыве  конеч- 

ное  давление  в  том  месте,  где  находилась  последняя  часть 

заряда,  может  быть  подсчитано  по  начальным  давлению 

и  температуре  этой  части  заряда.  В  зависимости  от  при- 

нимаемого  допущения  относительно  процентного  количе- 

ства  смеси  в  конечной  части  заряда,  взрывающейся  таким 

образом,  действительное  локальное  давление  в  газе  может 

превышать  в  два  и  даже  в  три  раза  давление  при  обычном 

сгорании.  Регистрация  таких  местных  скачков  давления 

весьма  затруднительна,  причем  можно  получить  ложные 

показания из-за наличия газового кармана около датчика

 

 

 

109 

давления.  Только  в  одном  случае  автор  наблюдал  нечто 

похожее  на  такой  пик  давления  (рис.  58).  Часто  вследствие 

имеющихся   неоднородностей    конечная    часть    заряда

 

 

Рис      58.      Индикаторная  диаграмма  с  местным 

скачком давления

 

воспламеняется  не  одновременно  (абзац  82),  и  иногда  на- 

блюдается  явление,  напоминающее  постепенный  взрыв. 

Для  такого  протекания  процесса  является  достаточной  уже 

небольшая  степень  неравномер- 

ности  распределения  темпера- 

тур.  На  специальном  двигателе 

с  кварцевыми  ·  окнами,  создан- 

ном  в  б.  Дельфтской  лаборато- 

рии  испытания  двигателей 

фирмы  Шелл  (рис.  59),  были 

получены  фотографии  сгорания 

при  различной  интенсивности 

детонации.  На  рис.  60,  а,  б  пока- 

заны  фоторегистрации  распро- 

странения  пламени  при  взрыве 

конечной  части  заряда  при  раз- 

личной  степени  его  негомоген- 

ности.  В  случаях  явной  неодно- 

родности  заряда  Серрюис  [19],  который  очень  много 

экспериментировал  в  этой  области,  говорит  о  псевдо- 

детонации,  когда  нарушения  равномерного  распределе- 

ния  давления  по  объему  камеры  сгорания  намного  меньше. 

Обычно  в  любом  двигателе  наблюдается  значительный 

разброс   интенсивности   детонации   в   последовательных

 

 

 

Рис. 59. Двигатель с кварце- 

выми окнами, предназначен- 

ный  для    исследования  сго- 

рания

 

 

110 

циклах.  Это  можно  приписать  как  факторам,  вызываю- 

щим  общую  нестабильность  горения  (абзацы  153,  158), 

так и влиянию разброса в составе смеси.

 

199.  Однако  во  многих  случаях  детонация  сопровож- 

дается значительным нарушением равномерности распре-

 

 

Рис.  60.  Схема  детонации  в  тихоходном  двигателе  со  слабой  турбули- 

зацией при различной степени гомогенности заряда:

 

а  —  псевдодетонадия,    начинающаяся    в    какой-либо  точке  объема;    б  —  одно- 

временная  детонация;   1 — начало детонации

 

деления  давления  в  камере  сгорания,  вследствие  чего 

возникает  очень  быстрое  движение  массы  газа.  Из-за 

упругости  газа  это  движение  вызывает  колебания,  кото- 

рые  могут  продолжаться   в  течение  какого-то   периода

 

 

Рис.  61.    Индикаторные  диаграммы,  определен- 

ные  в  трех  точках  камеры  сгорания  двигателя 

с нижним расположением клапанов:

 

Λ    2,   3 — точки   установки датчиков

 

времени.  Эти  колебания  имеют  характер  стоячих  волн, 

что  было  доказано  при  проведении  опытов  в  двигателе 

с  боковыми  клапанами  (рис.  61,  а  также  рис.  44).  В  точ- 

ке  1  амплитуда  колебания  давления  максимальна  в  свя- 

зи с узким поперечным сечением камеры в этом месте.