Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 45

 

179 

Как  уже  отмечалось,  совершенное  смешение  приводи- 

ло  к  некоторым  трудностям  с  точки  зрения  воспламенения 
(абзац  271),  а  также  к  обеднению  смеси  при  работе  двига- 

теля  на  малой  нагрузке 
(абзац  288).  Следствием 

обеднения 

смеси  было 

повышенное 

догорание 

и  обильное  образование 

альдегидов  и лаков.

 

299.  Поэтому  обычно 

уменьшали 

давление 

впрыска  на  малой  на- 
грузке,  однако  возмож- 

ности  такого  контроля 

были  довольно  ограни- 

ченными.  На  рис.  134 

показана 

зависимость 

от  нагрузки  количества 

лаковых  отложений,  на- 

копленных 

в 

одноци- 

линдровом 

компрессор- 

ном  дизеле  в  течение  8  ч.  Из  рисунка  видно,  как  сильно 

влияет  нагрузка  на  количество  этих  отложений,  причем 

примерно      при      нагрузке,   

равной  

1

/

3

   полной нагрузки,

 

отложения 

совсем 

исче- 

зали. 

При 

более 

высоком 

давлении 

впрыска 

количе- 

ство 

отложений 

оказыва- 

лось  еще  более  значитель- 

ным,  что  могло  приводить 

к 

«прихватыванию» 

порш- 

ней 

и 

значительным 

по- 

вреждениям 

двигателя. 

Это 

явление 

наблюдалось 

долгое  время,  пока  не  по- 

няли,,  что  причиной  его  яв- 

ляется  не  горение  смазоч- 

ного  масла  из-за  слишком 

высоких  температур  [33].  Из  диаграмм,  показанных  на 

рис.  135,  ясно,  что  повышенное  лакообразование  и  при- 

хваты  поршней  связаны  с  влиянием  процесса  смешения 

на  воспламенение;  как  только  удалось  сократить  период 

индукции (абзац 272), лакообразование прекратилось.

 

 

Рис.  134. Зависимость количества ла- 

ковых   отложений   после  8 ч   работы 

двигателя с компрессорным   распылом 

от нагрузки:

 

а  —  точка,  соответствующая  диаграмме, 

приведенной  на  рис.  135,  а;      b  —  точка, 

соответствующая  диаграмме,  приведенной 

на  рис.  135,  б;  1  —  давление  распыливаю- 

щего  воздуха  60  am;  2  —  давление  распы- 

ливающего  воздуха 50 am

 

 

Рис. 135. Индикаторные диаграммы

 

компрессорного дизеля   при работе

 

на двух нагрузках

 

 

180 

300.  Компрессорные  дизели  более  не  применяются  в  ос- 

новном по следующим двум причинам:

 

1)  сложность  их  конструкции  и  неудобство  эксплуата- 

ции  из-за  наличия  компрессора  высокого  давления  и  вы- 

сокого  эффективного    расхода  топлива    вследствие  того, 

что  воздушный  впрыск  хотя  и  эффективен  в  смысле  обес- 

печения  тонкого  распиливания,  однако  влечет  за  собой 

не    пропорциональный    улучшению    процесса      перерасход 

топлива;  в  самом  деле,  на  привод  воздушного  компрессора 

затрачивается около  10%  мощности двигателя; 

2)  относительно  высокие  потери  тепла  в  воду  и  высокая 

теплонапряженность  стенок  вследствие  очень    интенсив- 

ной турбулентности, вызванной впрыскиваемым воздухом. 

301.  Когда      осуществлялся      переход      от      воздушного 

впрыска  к  механическому,  то  конструкторы  стремились 

к  достижению  такой  же,  как  в  компрессорных  двигателях, 

тонкости  распыливания.  В  результате  этих  попыток  был 

приобретен  опыт,  который  показал,  что  подобное  стремле- 

ние  к  достижению  высокой  тонкости  распыливания  при 

отсутствии  достаточной  энергии  смешения  имело  резуль- 

татом  недостаточное  проникновение  струй  и,    как  след- 

ствие,      неполное  смешение  и  низкое  значение  среднего 

давления  цикла.  Ниже  будет  показано,  что  обеспечение 

при    непосредственном  впрыске  оптимальной    пробивной 

способности  струй  даже  за  счет  менее  тонкого  распылива- 

ния  заметно  снижает  расход  топлива  и  повышает  эффектив- 

ность  цикла.  Однако  при  этом  возрастает  опасность  осажде- 

ния    топлива    на    стенках    и    соответственно    повышается 

чувствительность  двигателя  к  таким  свойствам  топлива, 

как вязкость и испаряемость. 

302.  При  механическом  впрыске  основной  проблемой 

является  обеспечение  хорошего  смешения  без  затраты  боль- 

шой  энергии,  которая  в  случае  компрессорного  впрыска 

подводилась  от  источника,  расположенного  вне  цилиндра 

двигателя.  Это  обычно  достигается  за  счет  правильного 

сочетания  числа  направления  движения  и  формы  струй 

топлива  с  движением  воздуха  в  камере  сгорания  (созда- 

ваемого  в  период  впуска  или  сжатия  или  даже  во  время 

горения)  и  с  надлежащим  местным  или  общим  тепловым 

эффектом  стенок.  Обращается  ли  при  этом  особое  внимание 

на  подбор  струй  к  форме  камеры  сгорания  или  же  распре- 
-деление топлива,  впрыскиваемого в виде одной струи, 

по объему камеры сгорания достигается с помощью соот-

 

 

181 

ветствующего  движения  заряда  —  зависит  от  многих 

факторов,  которые  необходимо  рассмотреть  особо.  Раз- 

личия  во  взглядах  конструкторов  на  эти  проблемы  не- 

избежны,  но  при  выборе  той  или  иной  системы  организа- 

ции  процессов  большое  значение  имеют  размерность  ци- 

линдра,  число  оборотов,  а  также  назначение  двигателя. 

Итак,  очень  важным  оказывается  вопрос  о  том,  следует  ли 

наибольшее  внимание  уделять  эффективному  и  равномер- 

ному  распыливанию  или  для  ускорения  испарения  нужно 

использовать  горячие  стенки.  Изучим  в  дальнейшем 

свойства  топливных  струй,  движение  заряда  и  эффект 

стенок,  имеющих  различную  температуру.  Это  позволит 

подробнее  познакомиться  с  проблемой  смесеобразования 

и сгорания в дизеле.

 

 

ВПРЫСК И РАСПИЛИВАНИЕ 

303.  Из  всех  механизмов  распыливания  в  случае  меха- 

нического  впрыска  в  дизеле  используется  главным  обра- 

зом  именно  тот,  который  обусловливает  распад  топлива 

вследствие  динамического  и  вязкостного  сопротивления 

воздуха,  имеющего  высокую  плотность  (15—25  кг/м

3

)*. 

Обычно  распыливающие  отверстия  представляют  собой 

цилиндрические  отверстия,  вызывающие  в  струе  сравни- 

тельно  малые  начальные  возмущения.  Практика  показы- 

вает,  что  изменение  длин  этих  отверстий,  выбираемых 

в  пределах  от  двух  до  трех  диаметров,  может  оказать 

влияние  на  характер  струи.  Большей  частью  выбирается 

длина  отверстия,  равная  трем  его  диаметрам,  чтобы  полу- 

чить  стабильное  истечение  по  всему  сечению.  Выходя- 

щий  из  отверстия  поток  топлива  содержит  определенные 

начальные  возмущения,  вызываемые  приведенными  ниже 

причинами (рис.  136):

 

а)  турбулизацией,  вызванной  иглой,  особенно  в  слу- 

чае, когда проходное сечение под ней очень мало;

 

б)  наклонным  положением  распыливающих  отверстий 

по отношению κ подводящему каналу;

 

*  Автор  вновь  несколько  пренебрегает  современными  воззрени- 

ями,  согласно  которым  в  быстроходных  двигателях  распыливание  опре- 

деляется  в  основном  энергией  турбулентных  пульсаций  топлива,  дви- 

жущегося  с  большими  скоростями  в  распылителе,  и  распыл  происходит 

непосредственно  на  выходе  из  сопла  и  даже  при  впрыске  в  вакуум. 

Прим. пер.

 

 

182 

в)  входной  кромкой,  которую  даже  при  тщательной 

обработке  трудно  получить  чистой  (Засс  примерно  в  1930  г. 

рекомендовал  длительную  полировку  распиливающих  от- 

верстий  с  помощью  масла,  содержащего  наждачную  пудру; 

на  практике  используют  также  обычный  процесс  полировки, 

который  дает  хорошие  результаты  только  применительно 

к  дизелям  больших  размеров,  например  судовым  дизелям). 

Начальные  возмущения  неправильно  было  бы  считать 

нежелательными,  если  только  удается  контролировать 

их  до  такой  степени,  чтобы  разные 

распылители  не  давали  струй,  за- 

метно  отличающихся  и  создающих 

различный силовой импульс.

 

304.  Струя  состоит  из  ядра,  дви- 

жущегося  с  большой  скоростью  по 

направлению  к  головной  ее  части, 

где  в  основном  и  происходит  распы- 

ливание.  Мелко  распыленная  часть 

струи  отделяется  от  ядра  и  увле- 

кается  воздушными  вихрями,  вызван- 

ными  движением  струи;  эта  часть 

топлива  образует  оболочку  струи. 

На  рис.  137  показано  схематически 

развитие  струи  при  давлении  впрыска 
300  am,  диаметре  сопла  0,8  мм,  про- 

тиводавлении 

20 

am, 

температуре 

окружающей  среды  15°  С.  На  рис.  138 

показано  развитие  струи  в  функции  времени.  Уместно 

вспомнить  представление  Швейцера  [34]  о  том,  что  проник- 

новение  струи  можно  рассматривать  как  сверление  отвер- 

стия  в  воздухе,  причем  скорость  удлинения  этого  отвер- 

стия  не  зависит  от  скорости  истечения  сверлящей  жидкости 

в  каждый  момент  времени.  Почти  непосредственно  за  верши- 

ной  струи  имеют  место  все  еще  очень  высокие  скорости 

топлива,  затем  струя  сталкивается  с  еще  неподвижным  воз- 

духом  и  происходит  ее  дезинтеграция.  Эти  ударные  силы 

быть  может  в  большей  мере,  чем  силы  трения,  действующие 

вдоль  поверхности  ядра  струи,  определяют  распыливание 

топлива в среде плотного воздуха 

1

.

 

1

  Автор  не  учитывает  того,  что  струя  создает  поток  воздуха  в  на- 

правлении  своего  движения,  поэтому  силы  ударного  столкновения 

топлива  с  воздухом  не  так  велики,  как  можно  было  бы  предположить. 

Прим. пер.

 

 

Рис.  136.  Иллюстрация 

различных  источников 

турбулентных 

пульса- 

ций в топливной струе:

 

а  —  проходное  сечение 

под  конусом  иглы;  б  — 

канал 

распиливающего 

отверстия;  с  —  острая 

входная  кромка  распы- 

ливающего   отверстия