Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 31

 

123 

220.  Можно  попытаться  задержать  впрыск  до  момента, 

в  какой-то  мере  следующего  за  окончанием  такта  впуска 

с целью:

 

1)  улучшения  воспламенимости бедных смесей; 
2)  влияния  на  склонность  к  детонации,  особенно  при 

богатых смесях. 

Кроме  того,  поздний  момент  впрыска  делает  возможным 

достаточно  полную  продувку  камеры  сгорания  двигателя 

воздухом  в  случае  наддува.  Такие  попытки  были  осуще- 

ствлены  в  авиационных  двигателях,  в  результате  чего 

эти  двигатели  развивали  высокие  мощности  при  низких 

антидетонационных 

качествах 

имевшихся 

топлив. 

Эти 

двигатели  имели  плоские  камеры  сгорания  с  относительно 

слабой  турбулизацией.  Топливо  впрыскивалось  форсун- 

кой,   расположенной  между двумя   свечами зажигания.

 

221.  Примерно  в  1930  г.  шведский  конструктор  дизе- 

лей    Гессельман      [20,    21]    создал  двигатель  с  искровым 

зажиганием,  работающий  на  легком  дизельном  топливе. 

Представляется      очевидным,      что      при      разработке      этого 

двигателя  он  пытался  путем  выбора  намного  более  низкой 

степени  сжатия  и  давления  сгорания  избавиться  от  тех 

трудностей,  с  которыми  сталкивались  конструкторы  пер- 

вых  быстроходных  дизелей.  Гессельман  использовал  вра- 

щающийся  вихрь,  полученный  с  помощью  запатентован- 

ного    им    экранированного    клапана,      и    защитил    стенку 

цилиндра      от    осаждения      на      ней    топлива      при      помощи 

высокого  борта  на  поршне.  Впрыск  производился  в  конце 

такта  сжатия,  и  для  различных  нагрузок  он  был  отрегу- 

лирован  так,  что  через  небольшую  выемку  в  борте  поршня 

вершина струи всегда достигала свечи зажигания. 

222.  При  этом  оказалось    невозможным    работать    на 

малых  нагрузках  без  частичного  дросселирования  впускае- 

мого      воздуха,      а      также      осуществлять      пуск      холодного 

двигателя  без  использования  летучего  вспомогательного 

топлива.  В  течение  некоторого  времени  двигатель,  раз- 

работанный  Гессельманом,  успешно  применялся  для  ра- 

боты  при  постоянном  числе  оборотов,  но  не  для  транс- 

порта. 

223.  Вследствие  диффузионного  горения  только  часть 

подаваемого  в  этот  двигатель  воздуха  может  быть  в  прин- 

ципе  эффективно  использована,  так  же  как  и  в  случае 

дизеля.  Из-за  низкой  степени  сжатия  мощность  и  эконо- 

мичность отставали от соответствующих значений у быстро 

 

124 

прогрессировавших  дизелей.  Эти  последние  не  имели  све- 

чей  зажигания,  которые  являлись  очень  чувствительным 

элементом  в  двигателях  Гессельмана.  После  нескольких 

лет  изготовления  от  подобных  двигателей  с  искровым 

зажиганием практически отказались.

 

224.  Примерно  в  1950  г.  Барбер  [22],  руководствовав- 

шийся  другими  мотивами,      опубликовал    данные  об  ана- 

логичном  двигателе.  Барберу  удалось  уменьшить  склон- 

ность  к  детонации,  применяя  поздний  впрыск,  вследствие 

чего  в  двигателе  не  было  конечной  части  заряда  в  обще- 

принятом  смысле  этого  понятия.  Он  столкнулся,  однако, 

с  теми  же  трудностями,    что    и    Гессельман,      а    именно: 

с  неэффективным  использованием  воздуха  по  сравнению 

с  двигателем  с  гомогенным  зарядом.  При  высокой  степени 

сжатия    в    случае    низкооктановых    топлив    имели    место 

аномальные      явления,      связанные      с      самопроизвольным 

воспламенением.      В    целом  двигатель  этого  типа  также 

не  представил  особых  преимуществ  в  сравнении  с  дизе- 

лями. 

225.  Другие  попытки  применения  расслоения  заряда 

были  сделаны  с  целью  использования  чисто  качественного 

регулирования  (только  изменением  состава  смеси),  кото- 

рое    приводит    к  более    экономичной    работе    на    малых 

нагрузках. 

Вследствие 

изменяющейся 

теплоемкости 

продуктов 

сгорания  к.  п.  д.  термодинамического  цикла  возрастает 

при  уменьшении  температур  горения  и,  кроме  того,  одно- 

временно  исключаются  потери  за  счет  дросселирования, 

которые  в  виде  затрат  энергии  на  осуществление  газо- 

обмена 

поглощают 

значительную 

часть 

индикаторной 

мощности  бензинового  двигателя  на  низкой  нагрузке. 

Двухтактный  двигатель  в  особенности  требует  такого 

способа  регулирования,  так  как  дросселирование  подачи 

воздуха  здесь  приводит  к  особенно  резкому  увеличению 

количества  остаточных  газов.  Из  большого  числа  попыток 

применения   расслоения   смеси  следует  упомянуть  две.

 

226.  Двухтактный 

двигатель,  сконструированный  Ри- 

кардо  и  К°      [23],  с  полуразделенной  камерой  сгорания 
(рис.  74)  предназначался    для  проведения    первых  экспе- 

риментов  по  созданию  авиационного  двигателя  с  высокой 

степенью наддува — Роллс Ройс Крэси.

 

Вследствие  распространения  в  авиации  газовых  тур- 

бин этот двигатель достиг лишь стадии эксперименталь-

 

 

125 

ного  образца.  Топливо  впрыскивалось  в  верхнюю  часть 

камеры,  в  которой  осуществлялось  зажигание.  В  этом 

случае  преимущественно  диффузионное  горение  не  явля- 

лось  серьезным  недостатком,  так  как  использование  для 

наддува  комбинации  газовой  турбины  и  воздушного 

компрессора требовало значительного избытка воздуха.

 

 

Рис. 74. Опытный двухтактный двигатель Рикардо с расслоением заряда

 

Однако  вновь  оказалось,  что  тот  же  результат  мог  быть 

получен  путем  конструирования  двигателя  как  дизеля 
(Нэпир  Номад),  который  также  был  создан,  однако  слиш- 

ком поздно.

 

227.  Двигатель  с  карбюрацией  смеси  и  дополнитель- 

ным  впрыском,  в  котором  карбюрация  была  правильно 

выбрана  в  качестве  средства,  позволяющего  использовать 

весь  воздух  на  полной  нагрузке,  был  сконструирован 

Шламаном  [24].  В  форкамере  (рис.  75)  смесь  обогаща- 

лась с помощью дополнительного впрыска для того, чтобы

 

 

126 

обеспечить  даже  на  низкой  нагрузке  воспламеняемость 

без  дросселирования  воздуха.  Подобное  регулирование 

было  успешно  осуществлено  во  многих  конструкциях. 

Для  этого,  однако,  пришлось  преодолеть  много  трудно- 

стей.  С  одной  стороны,  иногда  имело  место  очень  медленное 

горение  в  определенном  диапазоне  нагрузок,  когда  смесь 

в  основной  камере  оказывалась  очень  бедной,  что  не 

только  вредно  отражалось  на  расходе  топлива,  но  также 

вызывало  весьма  нежелательное  образование  альдегидов. 

С  другой  стороны,  горение  оказывалось  чрезмерно  жестким 

на высоких нагрузках. Для преодоления этих двух не-

 

Рис. 75. Схема системы

 

горения, предложенная

 

Шламаном:

 

1—диффузор;  2—устрой- 

ство  для  регулировки 

подачи топлива; 3 —основ- 

ная     камера     сгорания;

 

4  — свеча       зажигания; 

5  — форсунка;   6 — фор- 

камера   или  камера  для 

воспламенения        смеси; 

7 — впускной  клапан

 

достатков  было  выполнено  много  работ  на  эксперименталь- 

ных  стендах.  Несмотря  на  эти  основные  и  другие  трудности, 

с  которыми  столкнулись,  например,  при  обеспечении 

точной  дозировки  очень  малой  впрыскиваемой  порции 

топлива  (первоначально  надеялись,  что  эта  дозировка 

может  быть  постоянной  при  всех  нагрузках),  данный 

двигатель  явился  важным  шагом  вперед  в  отношении 

удельной  мощности  и  расхода  топлива  при  заданном  низ- 

ком октановом числе топлива (рис. 76).

 

228.  Очень  интересный  класс  двигателей  предназначен 

для  использования  попеременно  дизельного  топлива  и  газа 
(преимущественно 

природного,  иногда  канализационного, 

генераторного  и  др.).  Такие  двигатели,  известные  под 

названием  двухтопливных,  в  действительности  являются 

несколько  модифицированными  дизелями,  в  конструкции 

которых  особое  внимание  уделено  впрыску  очень  малых 

количеств  топлива  (5%  на  полной  нагрузке  и  около  15% 

при  работе  без  нагрузки).  Это  топливо,  распределяемое 

обычно  в  виде  ряда  (от  одной  до  пяти)  струй,  вполне 

нормально воспламеняется, пройдя стадию предпламен-