Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 53

 

211 

пературы  за  счет  сгорания  ускоряет  испарение,  и  пары 

топлива  увлекаются  воздухом  в  радиальном  направлении. 

Одновременно  резкое  увеличение  скорости  испарения 

с  момента  начала  горения  влияет  на  развитие  струи  в  про- 

странстве  камеры  сгорания,  так  как  быстро  двигающиеся 

капли,  испаряясь  вследствие  большей  дисперсности,  пере- 

дают  свой  импульс  окружающему  воздуху.  В  резуль- 

тате  струя  становится  более  мягкой,  чем  она  была  бы, 

если  горение  начиналось  позднее.  Представляется  сомни- 

тельным,  чтобы  такой  характер  струи  был  лучше  с  точки 

зрения  горения  в  целом,  чем  описанный  в  абзаце  253. 

В  тихоходных  двигателях  смешение  происходит  только 

при  описанных  выше  условиях;  в  быстроходных  двигате- 

лях  влияние  этих  условий  также  частично  имеет  место, 

вследствие  чего  исследования  развития  струи  в  воздухе, 

имеющем  комнатную  температуру,  дают,  к  сожалению,  не 

столь  ценные  результаты,  как  хотелось  бы  получить. 

Были  сделаны  фоторегистрации  горящих  струй,  но  и  они 

не  помогли  понять  происходящих  явлений.  Только  на- 

блюдения  за  большими  стационарными  пламенами,  про- 

веденные 

Международным 

Комитетом 

исследования 

пламени, 

привели 

к 

разработке 

приемлемой 

техники  

исследований.

 

345.  Увеличение      турбулентности      из-за      неравномер- 

ного  протекания  процесса  горения  в  струе  само  по  себе 

в  большой  мере  способствует  смешению,  но  влияние  это 

ограничено главным образом объемом струи. 

346.  Принцип    работы    предкамерного  двигателя    уже 

обсуждался  при  рассмотрении  смешения,  начинающегося 

только  вследствие  горения,  в  результате  чего  оказывается 

возможным  смягчить  взрывной  характер  начала  процесса 
(абзац  281).  Рассмотрим  более  подробно  горение  в  целом 

при этом принципе организации процесса. 

Первоначальная 

идея 

предкамерного 

двигателя 

за- 

ключалась  в  осуществлении  воздушного  распыливания 

в  самой  камере  вместо  использования  для  этой  цели  ком- 

прессора  (Тринклер,  Бронс).  Так  как  для  распыливания 

необходимо  использовать  около  10%  всего  воздуха,  при- 

нимающего  участие  в  горении,  то  было  естественным  на- 

чать  опыты  с  предкамерами  малого  объема.  Позднее  этот 

объем  все  более  увеличивался,  особенно  в  двигателях  не- 

больших  размеров,  достигая  иногда  50%.  Давно  уже  был 

обнаружен положительный эффект концентрации топлива

 

 

212 

вблизи  отверстий,  соединяющих  обе  части  камеры  сгорания, 

для  чего  струе  была  придана  форма,  соответствующая 

форме  предкамеры,  как  показано  на  рис.  168,  а,  б,  в 
(см.  также  рис.  119).  Получилось  нечто  вроде  горелки, 

в  которую  попадает  топливо,  испаряющееся  за  счет  тепла 

от  горячих  стенок.  Воспламенение  происходит  вблизи 

соединительных  отверстий  в  зоне,  где  имеются  достаточно 

мелкие  частицы  топлива,  взвешенные  в  воздухе,  содержа- 

щем  также  некоторое  количество  продуктов  сгорания  пре- 

дыдущего цикла. Из рис. 163 ясно, что момент впрыска

 

 

Рис. 168. Предкамеры различных типов

 

должен  оказывать  значительное  влияние  на  процесс. 

Когда  впрыск  начинается  слишком  рано,  струя  топлива 

встречает  сильный  встречный  поток  воздуха,  втекающего 

через  соединительную  горловину  и  отбрасывающего  то- 

пливо  назад  в  предкамеру,  что  противоречит  приведен- 

ному  выше  представлению  о  характере  процесса.  В  этом 

случае  имеет  место  сильный  стук  при  работе  двигателя. 

Поэтому  обычно  в  предкамерных  дизелях  впрыск  уста- 

навливается  поздним,  в  результате  чего  по  индикатор- 

ным  диаграммам  создается  впечатление  о  чрезмерно  позд- 

нем  горении,  иногда  с  отчетливо  различимым  максиму- 

мом давления сжатия (см. рис.113, абзац 276).

 

347.  Вызывал  большие  споры  вопрос  о  том,  происхо- 

дит  ли  в  результате  действия  предкамеры  химическая 

газификация  топлива  или  его  испарение;  оказывают  ли 

горячие  поверхности  соединительной  горловины  катали- 

тическое  действие  или  нет,  и  другие  подобные  вопросы. 

Вероятно,  в зависимости от конкретных условий имеет

 

 

 

213 

место  различная  степень  воздействия  на  струю  горячей 

вставки  предкамеры  и  распиливающего  действия  втекаю- 

щего  в  предкамеру  потока  воздуха.  На  практике  нашли 

применение 

как 

относительно 

холодные 

предкамеры 

(двигатели  Кертинг  и  Катерпиллер),  так  и  очень  горя- 

чие,  например  в  двигателе  Даймлер-Бенц  (см.  рис.  119), 

в  котором  стремились  получить  максимальную  поверх- 

ность  контакта  между  струей  и  стенкой,  а  также  затруд- 

нить теплоотвод от центральной части горячей вставки —

 

Рис. 169. Предкамера типа Ганц

 

 

Рис. 170.   Неоптимальное

 

расположение предкамеры

 

в двигателях ранних кон-

 

струкций

 

горловины  предкамеры.  Последняя  должна  быть  изготов- 

лена  из  жаропрочного  материала  с  малым  коэффициен- 

том  теплопроводности.  Можно  считать,  что  достаточно 

полное  испарение  топлива  происходит  уже  до  того,  как 

горящие  газы  начинают  увлекать  топливо  в  основную 

камеру  сгорания;  следы  пламени  в  последней  в  виде  рав- 

номерно  осевшей  сажи  свидетельствуют  в  основном  о  су- 

ществовании  здесь  типичных  газовых  пламен.  В  единствен- 

ном  случае  (см.  рис.  169)  иногда  имела  место  значитель- 

ная  газификация  или  во  всяком  случае  происходил  кре- 

кинг, сопровождающийся окислением..

 

348.  В  ранних  конструкциях  предкамерных  двигате- 

лей  уделялось  мало  внимания  правильному  направлению 

вытекающих  из  предкамеры  газов  и  паров,  которые  сгорают 

диффузионно  в  пространстве  цилиндра.  По  аналогии 

с  форсункой  для  компрессорного  впрыска  предкамера  по- 

мещалась в наиболее неудобном месте, а именно между

 

 

 

214 

клапанами,  где  и  без  того  обычно  тесно.  Это  ухудшало 

условия  охлаждения  (рис.  170)  и  создавало  технологичес- 

кие  трудности.  Весьма  медленно,  особенно  в  быстроход- 

ных  дизелях,  конструкторы  переходили  к  применению 

наклонного  расположения  предкамеры  и  смещению  ее 

оси  с  линии,  соединяющей  оси  клапанов,  причем  послед- 

няя  также  несколько  смещалась  в  сторону  от  оси  цилин- 

дра  (рис.  171).  Введя  эти  изменения,  достигли  улучшения 

горения,  уменьшения  удельного  расхода  топлива  и  увели- 

чения среднего давления цикла. Оказалось, что используя

 

 

Рис.  171.  Дополнительные  камеры,  расположенные  сбоку,  обеспечива- 

ющие  большую  площадь  для  расположения  клапанов,  но  приводящие 

к несимметричной тепловой нагрузке поршня

 

одно  большое  соединительное  отверстие  (иногда  два  или 

три),  создающее  сильную  газовую  струю,  которая  не  откло- 

няется  от  выбранного  оптимального  направления  движе- 

ния,  можно  получить  необходимую  турбулизацию  в  глав- 

ном  пространстве  камеры  сгорания  и  быстрое  смешение. 

Современные  предкамерные  дизели  практически  все  имеют 

описанные  конструктивные  отличия,  за  исключением 

таких  форсированных  четырехклапанных  двигателей,  как 

Мерседес-Бенц  (рис.  172),  ΜΑΗ  и  др.,  когда  преобладаю- 

щими  являются  конструктивные  соображения  и  стремле- 

ние достигнуть равномерного нагрева поршня.

 

349.  Интересно  проследить,  как  изменялись  взгляды 

Рикардо  при  создании  предкамеры.  Этот  пионер  в  области 

конструирования 

двигателей 

сконструировал 

первона- 

чально  двигатель  с  вихревой  камерой,  основная  идея 

которого  заключалась  в  вытеснении  как  можно  большего 

количества воздуха в камеру сгорания с вращательным