Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 41

 

163 

II. 

ПЕРИОД (ФАЗА) ВЗРЫВНОГО СГОРАНИЯ 

 

275.  Что  касается  периода  индукции,  то  важна  не  его 

абсолютная  продолжительность  в  единицах  времени,  а 

скорее  его  продолжительность  по  отношению  к  продол- 

жительности  впрыска  на  полной  нагрузке,  потому  что 

именно  это  соотношение  оказывает  существенное  возде- 

ствие  на  всю  форму  индикаторной  диаграммы  и  регули- 

ровку 

двигателя. 

При 

определенных 

условиях 

из-за 

очень  быстрого  развития  взрыва  практически  вся  энергия 

топлива,  впрыснутого за  период индукции,  выделяется 

 

Рис. 

113. 

Индикаторная 

диаграмма 

предкамерного 

двигателя 

с воспламенением от сжатия при позднем начале впрыска

 

при  постоянном  объеме  и,  как  следствие,  максимальное 

давление  сгорания  в  большой  мере  определяется  отноше- 

нием периода индукции к продолжительности впрыска θ.

 

276.  Максимальное 

давление  сгорания  можно  снизить 

также,      используя      диаграмму      давлений      специфической 

формы,  встречающуюся,  например,  в  предкамерных  дви- 

гателях  (рис.  113).  При  такой  диаграмме  обеспечиваются 

меньшие  тепловые  потери  и  меньший  стук  дизеля.  Полу- 

чается  такая  диаграмма  при  относительно  позднем  начале 

впрыска. 

277.  Помимо 

количества  топлива,  сгорающего  взрыв- 

ным  путем,  на  возникновение  стука  с  его  динамическим 

воздействием  оказывает  большое  влияние  собственно  ско- 

рость  сгорания.  Очевидно,  что  мы  имеем  здесь  дело  не 

с  чисто  тепловым  взрывом,    а  с  промежуточной  формой 

процесса    (см.      абзац    78      и      последующие),      при      которой 

в  дополнение  к  одновременному  и  постепенному  взрывам 

имеет  место  и  диффузионное  горение,  так  как  по  меньшей 

мере  часть  топлива  все  еще  не  испарилась  и  не  смешалась 

с  воздухом  в  период  распространения  горения  по  объему 

камеры. При увеличивающемся отношении θ и прочих 

6*

 

 

164 

неизменных  условиях  (например,  если  при  той  же  на- 

грузке  испытывается  серия  топлив  с  уменьшающимся 

цетановым  числом)  степень  и  интенсивность  взрывного 

сгорания  увеличиваются  (рис.  114),  так  как  процесс  все 

более  и  более  приближается  к  чисто  взрывному  сгоранию. 

Это  очень  хорошо  видно  на  регистрациях,  выполнен- 

ных   NACA,   аналогичных    регистрациям,     показанным

 

на  рис.  96,  но  полученных  при 

большем  отношении  θ  (рис.  115). 
      278.  Рикардо  [16]  назвал  фа- 

зу 

II 

фазой 

неконтролируемого 

сгорания, 

и, 

действительно, 

при- 

ходится  признать,  что  в  началь- 

ной  стадии  развития  быстроходных 

двигателей  в  период  между  1930  и 
1940  гг.  едва  ли  мог  стоять  вопрос 

о  контроле  над  повышением  давле- 

ния  в  течение  фазы  II.  Делались 

попытки 

уменьшить 

период 

за- 

держки 

за 

счет 

конструктивных 

изменений  и  ввода  в  специфика- 

цию  топлива  ограничения  по  мини- 

мальному 

цетановому 

числу. 

Но 

своевременное 

и 

полное 

заверше- 

ние  горения  в  фазах  I I I ,   а  и 
I I I ,  

б 

требовало 

столь 

большого 

внимания, 

что 

конструкторы 

скорее  были  склонны  согласиться 

с  жесткой  работой  двигателя,  чем  идти  на  уменьше- 

ние  подачи  топлива  за  период  индукции.  С  точки 

зрения  прочности  это  в  некоторых  случаях  оказывается 

допустимым.  Нагрузка  на  детали  двигателя,  помимо  на- 

личия  или  отсутствия  критических  вибраций,  зависит 

также  от  диаграммы  давлений  цикла  в  целом.  Когда  горе- 

ние  заканчивается  главным  образом  в  течение  фазы  II,  

как  это  нередко  имеет  место  при  частичных  нагрузках, 

эффект  динамического  приложения  усилий  может  быть 

очень  большим  (рис.  116,  а).  Если  за  фазой  II  следует- 

ярко  выраженная  фаза  I I I ,   в  течение  которой  наблю- 

дается  повышение  давления,  то  динамическая  нагрузка 

может  быть  и  не  выше  статической  (рис.  116,  б),  как  это 

часто  имеет  место  во  многих  тихоходных  двигателях. 

При   увеличивающейся   нагрузке   стук,   следовательно,

 

 

Рис.  114.  Индикаторные 

диаграммы  быстроходного 

двигателя  с  воспламене- 

нием от сжатия при работе 

на  топливах  с  различным 

цетановым числом:

 

1 — подъем иглы

 

 

165 

может  усиливаться  при  увеличении  количества  подавае- 

мого  топлива  до  определенного  значения  и  затем  умень- 

шаться вследствие сокращения τ

i

 и все большего затупле-

 

 

Рис.  115.  Иллюстрация  быстрого  распространения  пламени  после  прак- 

тически  полного  испарения  в  случае  относительно  длительного  периода 

задержки воспламенения

 

ния  угла  β  (см.  рис.  116,  а),  с  помощью  которого  наиболее 

просто оценивается описанный  выше эффект.

 

279.  Теперь  можно  перечислить  факторы,  которыми 

определяется  скорость  сгорания  в  фазе  II,  а  именно: 

степень смешения, состав смеси и интенсивность движения

 

 

166 

заряда.  С  помощью  этих  факторов  представляется  воз- 

можным  в  значительной  степени  контролировать  повы- 

шение  давления  при  сгорании.  В  последующей  стадии  раз- 

вития  дизелей  было  достигнуто  значительное  смягчение 

работы  дизелей  именно  таким  образом.  Влияние  боль- 

шего  или  меньшего  совершенства  смешения  уже  рассма- 

тривалось  в  абзаце  277  в  связи  с  серией  диаграмм,  полу- 

ченных  при  различных  значениях  θ.  Из  них  следует, 

что по мере увеличения  Θ,  и  как следствие,  усиления

 

 

Рис.    116,  Иллюстрация  эффекта  динамического  приложения  нагрузки 

при  сгорании,    уменьшающего  усталостную  прочность  подвижных  де- 

талей двигателя:

 

а — сильного;  б — менее сильного

 

взрывного  характера  процесса  становится  все  более  слож- 

ным  найти  компромисс  между  желательностью  плохого 

смешения  для  подавления  стука  и  желательностью  хо- 

рошего смешения для достижения полного горения.

 

280.  Можно  использовать  четыре  метода  для  дости- 

жения требуемого компромисса:

 

а)  Изменение  процесса  впрыска  таким  образом,  чтобы 

в  течение  периода  индукции  только  небольшая  порция 

топлива  впрыскивалась  в  цилиндры.  Это  может  быть 

в  принципе  достигнуто  применением  системы  впрыска 

особой  конструкции  (см.  рис.  103  и  117).  Однако  создание 

конструкции,  обеспечивающей  положительный  эффект  при 

всех  скоростных  режимах,  затруднено  (рис.  118).  Для 

реализации  этого  метода  применялась  даже  специальная 

дополнительная  система  впрыска  (так  называемый  вспо- 

могательный  впрыск).  В  дальнейшем  этот  метод  уступил 

место  другим.  К  тому  же  вся  проблема  стала  менее  острой 

в  связи  со  стабилизацией  цетанового  числа  рыночных 

топлив.