Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 39

 

155 

266.  При    одинаковых      условиях      влияние  типа      при- 

меняемого  топлива  на  период  индукции  может  быть  выра- 

жено  с  помощью  так  называемой  калибровочной  кривой, 

т.    е.    графика  значений    периодов  индукции  различных 

смесей  цетана  и  α-метилнафталина  (рис.    104).  Эта  зави- 

симость  имеет  гиперболический  характер;  это  объяснимо, 

если  принять,  что  только  один  из  компонентов  топливной 

смеси      обладает      химической      активностью,      в    то    время 

как  второй  полностью  инер- 

тен. Тогда величина периода

 

индукции  оказывается  об- 

ратно  пропорциональной  ве- 

личине  количества  активного 

компонента.  Смеси  других 

веществ  дают  аналогичные 

зависимости;  когда  цетановое 

число  каждого  из  веществ 

определяется  по  величине 

получаемого  периода  индук- 

ции  с  использованием  ка- 

либровочной  кривой,  то  ока- 

зывается, 

что 

цетановые 

числа  смесей  линейно  зависят 

от  содержания  в  смеси  хими- 

чески  активного  компонента. 

Это  оказывается  правильным, 

однако  только  для  легких  топлив,  при  применении  ко- 

торых  физическая  фаза  периода  задержки  пренебрежимо 

мала.

 

267.  Свойства 

воспламеняемости  топлива  могут  быть 

улучшены  с  помощью  присадок  (ускорителей  воспламе- 

нения),      в      качестве      которых      используются      некоторые 

органические  перекиси  и  нитросоединения.  Они  не  полу- 

чили  еще  коммерческого  применения,  хотя  было  проведено 

много  исследований.  Действие  присадок  можно  наиболее 

просто    охарактеризовать,      если      рассматривать      их      как 

источники активного кислорода (абзац 28).

 

Используя  эту  концепцию,  Хинц  нашел  зависимость 

между  действием  этих  добавок  и  периодом  индукции 

базового топлива [28].

 

Уравнение  Н.  Н.Семенова 

для  реак-ций, 

заканчивающихся появлением пламени, может быть

 

 

Рис.  104.  Зависимость  периода 

индукции от состава смеси стан- 

дартных  топлив,  используемая 

при  определении  цетановых 

чисел дизельных топлив:

 

1  —  100%  цетана;  2  —  А%  цетана 

(цетановое  число);  3  —  100%  а- 

метилнафталина;  τ

iA

  —  значение 

периода  индукции  для  исследуемого 

топлива

 

 

156 

где  τ — время, отсчитываемое от начала реакции;

 

ω — скорость реакции;

 

Φ — константа скорости цепной реакции;

 

А — постоянный коэффициент.

 

Примем,  что  добавление  ускорителей  воспламенения 

означает  добавление  определенного  количества  активных 

частиц,  которое  пропорционально  количеству  присадки 
(эти  присадки  разлагаются  намного  легче,  чем  само  топ- 

ливо). Тогда, если период индукции уменьшился на Δτ, то

 

 

где 

ρ 

— 

процентное 

содержание 

присадки; 

x — ее действенность или «сила».

 

Отсюда

 

Для топлива без присадки

 

 

с присадкой    

 

Отсюда следует

 

 

что дает  гиперболическую зависимость между 

  и  р.

 

268.  Тот  факт,  что  ускорители  воспламенения  ненашли 

еще  коммерческого  применения,  объясняется  в  основном 

изобилием  на  рынке  легких  дизельных  топлив  с  доста- 

точно  высоким  цетановым  числом  (около  60)  и  возмож- 

ностью с их помощью решить возникающие проблемы.

 

 

упрощено  следующим  образом: 

.  Число  активных 

частиц К может быть определено путем интегрирования:

 

 

 

157 

Как  было  показано  в  абзаце  261,  для  пуска  двигателя 

в  исключительно  холодную  погоду  увеличение  испаряе- 

мости  топлива  часто  является  более  важным,  чем  увели- 

чение  химической  активности.  К  тому  же  использование 

присадок  повлияло  бы  на  одно  из  наиболее  важных  поло- 

жительных свойств дизельного топлива — его дешевизну.

 

269.  Большое  и  в  то  же  время  сложное  влияние  оказы- 

вает  на  период  индукции  турбулентность.  Выше  говори- 

лось  (абзац  42),  что  в  случае  одновременного  взрыва 

гомогенной  смеси  движение  заряда  само  по  себе  не  может 

отразиться  на  скорости  реакции.  Однако  имеется  много 

факторов,  от  которых  зависит  влияние  движения  заряда 

на период индукции.

 

Рассмотрим  зависимость  периода  индукции  от  влияния 

турбулентности на:

 

1.  Теплообмен  со  стенками.  Это  влияние  благоприятно 

для  периода  индукции  в  случае,  если  в  период  сжатия 

стенки  горячее,  чем  воздух,  и  неблагоприятно,  если  они 

холоднее,  вне  зависимости  от.  того,  имеет  ли  движение 

заряда  направленный  или  хаотичный  характер.  При  пуске 

двигателя  лучше  иметь  меньшую  интенсивность  движения 

заряда  и  отчетливо  выраженное  горячее  ядро  воздуха, 

причем  топливо  должно  направляться  именно  в  это  горя- 

чее ядро. 

2.  Распиливание  и  испарение.  Эти  процессы  будут  раз- 

виваться  благоприятнее  в  случае  интенсивного  движения 

заряда.    Если  заряд  движется  направленно,  то  влияние 

движения  заряда  будет  зависеть  от  его  направления  по 

отношению  к  направлению  движения  топливной  струи; 

движение  заряда  против  или  поперек  струи  должно  ока- 

зывать  более  благоприятный  эффект,  чем  движение  вдоль 

струи.  Относительная  скорость  движения  топлива  и  воз- 

духа в основном определяется свойствами самой струи. 

3.  Распределение  образовавшегося  пара.  В  данном  слу- 

чае  влияние  движения  заряда  может  оказаться  неблаго- 

приятным,  если,  например,  движение  воздуха  в  состоянии 

помешать  образованию  или  сохранению  с  течение  периода 

индукции  оптимальной  концентрации  пара  в  смеси  (аб- 

зацы  42    и  271).      Величина    оптимальной    концентрации 

в  точности  не  известна.  Из  опытов  с  самовоспламенением 

в  бензиновых  двигателях,  где  сжимались  смеси  различ- 

ного  состава  и  определялась  наименьшая  степень  сжа- 

тия,  при которой происходило воспламенение,  выясни- 

 

158 

лось,  что  для  многих  углеводородов  оптимальное  значе- 

ние  коэффициента  КС  больше  единицы.  Это  объясняет 

многие  наблюдаемые  явления,  так  как  в  период  сгорания 

в  дизеле  вначале  имеют  место  аналогичные,  высокие  ло- 

кальные  значения  коэффициента  КС  (в  частности,  в  пе- 

риод  впрыска),  впоследствии  же  коэффициент  КС  умень- 

шается, и процесс завершается при избытке воздуха.

 

4.  Охлаждение  появившихся  очагов  с  высокой  темпе- 

ратурой  (абзац  271).  С  точки  зрения  данного  фактора 

влияние движения заряда неблагоприятно. Влияние этого

 

   

Рис.  105.  Влияние  турбулизации  за- 

ряда  на  продолжительность  периода 

индукции  при    различных  темпера- 

турах:

 

1  —с  турбулизацией;      2  —  без  турбу- 

лизации

 

Рис. 106.   Схема   акрока- 

меры

 

фактора  едва  ли  можно  отделить  от  влияния  фактора, 

приведенного  в  п.  3,  потому  что  пока  нет  достаточных 

данных  о  локальных  условиях,  т.  е.  невозможно  судить 

о  процессах,  происходящих  в  отдельных  местах  камеры. 

В  опытах  на  бомбе  [29]  Нейманном  было  найдено,  что 

движение  заряда  уменьшает  период  индукции  при  высо- 

ких  температурах,  но  может  увеличить  его  при  низких 

температурах  (рис.  105).  Другие  исследователи  при  соот- 

ветствующих  условиях  наблюдали  сходные  зависимости. 
270. 

Практически,  однако,  всегда  было  трудно  пра- 

вильно  представить  картину  влияния  движения  заряда 

на  период  индукции  из-за  противоположно  действующих 

факторов.  Можно  только  сказать,  что  в  некоторых  дви- 

гателях,  где  имеют  место  высокие  скорости  заряда 
(100  м/сек  и  более),  например,  в  старых  компрессорных 

двигателях  и  в  двигателях  с  акрокамерами  (рис.  106), 

имевших большое распространение в начале тридцатых