Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 55

 

219 

В  двигателе  с  непосредственным  впрыском  теплопередача 

меньше  также  вследствие  более  низкой  плотности  про- 

дуктов  сгорания  (ε  =  13÷15  по  сравнению  с  ε  =  20  и 

более  в  предкамерных  двигателях).  В  дополнение  к  этому 

струи  жидкого  топлива,  видимо,  тоже  производят  неко- 

торое охлаждающее воздействие на поршень.

 

353.  Более      низкие      давления      впрыска,      допустимые 

в  двигателях,  имеющих  интенсивное  движение  заряда,  и 

возможность  использования  более  простого  распылителя, 

например  штифтового  или  обычного  закрытого  однодыр- 

чатого,      составляют    важное  практическое    преимущество 

в  эксплуатации  двигателей    с    разделенными    камерами. 

В  этих  камерах    при  наличии  штифтового  распылителя  . 

зависимость      процесса      впрыска    от    скоростного    режима 

оказывается  меньшей,  чем  в  двигателях  с  неразделенной 

камерой,    где  используются  обычные  распылители,  из-за 

более  низкого  давления  впрыска  и  переменного  проходного 

сечения  отверстия  в  распылителе,  а  поэтому  повышается 

приспособленность  двигателей,  использующих  такие  рас- 

пылители  для  работы  на  автомобилях  и  тракторах.  Штиф- 

товый    распылитель    имеет,    однако,    тот  недостаток,    что 

струя  из  него  направлена  строго  вдоль  оси,  и  поэтому 

положение  форсунки  определяется  желаемым  направле- 

нием  струи,  что  может  вызывать  затруднения  при  кон- 

струировании головки. 

354.  В  заключение,      подводя  итоги,  можно  отметить, 

что  в  усовершенствованном  двигателе  с  дополнительной 

камерой      вследствие  интенсивного  смесеобразования  (хотя 

и  за  счет  более  высоких  тепловых  потерь)  для  горения 

используется  очень  большой  процент  воздуха  при  бездым- 

ном  выпуске,  а  следовательно,  в  таком  двигателе  можно 

достигнуть  высокого  среднего  давления  цикла  и  большой 

удельной  мощности.  Максимальная  из  известных  литровая 

мощность      предкамерного    дизеля      (четырехтактного,      без 

наддува)  близка  к  30  л.  с./л;  в  унифицированном  с  ним 

бензиновом   двигателе   она   достигает 50 л. с. 1л. 

 
 
ДЕЙСТВИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРЯЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 

355.  О  степени,      в    которой  горячие  поверхности  при 

различной    их  температуре  влияют  на  процессы  смесеоб- 

разования  и  сгорания,  сведений  мало.  Поэтому  рассмот- 

рим лишь качественно,   как действуют горячие  стенки

 

 

220 

на  развитие  реакций,  не  прибегая  к  использованию 

недостаточно  обоснованных  цифровых  данных,  упоминае- 

мых иногда в литературе.

 

356.  Холодные  стенки  способствуют  развитию  реак- 

ций  в  смеси  паров  топлива  с  воздухом  по  холоднопламен- 

ному  механизму,  что  приводит  к  образованию  СО  в  неболь- 

ших  количествах  и  альдегидов  (абзац  121).  На  рис.    176 

показана    зависимость    содержания    СО    в    отработавших 

газах дизеля в функции нагрузки. Видно, что содержание

 

СО  возрастает  при  уменьшении  на- 

грузки  ниже  определенного  значения 

из-за  наличия  в  камере  сгорания 

сочетания  зон  с  бедной  смесью  (аб- 

зац  292)  и  холодных  стенок.  Если 

в  заряде  содержатся  в  виде  пара  или 

тумана  тяжелые  углеводороды,  то 

в  тех  же  условиях  образуются  окси- 

кислоты  и  другие  соединения,  кото- 

рые  могут  полимеризировать  с  обра- 

зованием 

лакообразных 

отложений. 

При  определенных  условиях  топливо 

может  оставаться  почти  целиком 

в  жидком  виде  из-за  низкой  темпера- 

туры  стенки.  При  очень  небольших 

нагрузках 

отложения 

топлива 

на 

стенках  цилиндра  могут  привести 

к  разжижению  смазочного  масла,  а  в  специфических 

местах,  таких  как  участки  у  охлаждаемых  распылите- 

лей,  можно  обнаружить  даже  тяжелые  фракции  топлива 

в жидком виде.

 

357.  Следовательно,  здесь  происходит  типичное  дого- 

рание,    которое  особенно  затягивается  вблизи  мест,    где 

вершины  факелов  ударяются  о  стенки  (абзацы  297,  307). 

В  данном  случае  основной  причиной  затянутого  догорания 

является  местное  аккумулирование  топлива;  при  повыше- 

нии  температуры  стенки  испарение  топлива  могло  быть 

ускорено,  но  в  любом  случае  высокое  содержание  паров 

топлива      вблизи      холодных      стенок      приводит      неизбежно 

к  образованию  сажи.  И  действительно,  в  местах  контакта 

струй  со  стенкой  обнаруживаются  значительные  твердые 

отложения  сажи  даже  при  очень  высокой  температуре 

стенки,    причем  отложения    эти  имеют  характер    кокса, 

полученного в результате крекирования топлива, т.  е.

 

 

Рис.  176.  Содержание 

окиси  углерода  в  отра- 

ботавших 

газах 

бы- 

строходного 

дизеля 

в функции нагрузки

 

 

221 

содержат  много  углерода  и  мало  кислорода.  Очевидно, 

что  отмеченный  недостаток  не  может  быть  устранен 

только  повышением  температуры  стенки,  если  не  устра- 

няется  одновременно  главная  его  причина,  а  именно  — 

местный недостаток воздуха.

 

358.  Наличие  излишне  дальнобойных  струй  или  стр уй 

топлива,  направляемых  под  некоторым  углом  на  стенку, 

должно  сопровождаться  необходимой  степенью  интенсив- 

ности  движения  воздуха  вдоль  стенки;  температура  стенки 

при  этом  должна  быть  достаточно  высокой  для  того,  чтобы 

топливо,  попадающее  на  стенку,  исчезало  бы  с  поверх- 

ности  камеры  как  можно  быстрее.  Термин  «парообразо- 

вание»    (испарение)  намеренно  не  используется,  так  как 

не  исключено,  что  при  этом  происходит  возгонка  топлива 

с  образованием  остатка;  это  не  простое  испарение,  а  ком- 

бинация  его  с  окислением  и  крекированием.  Если  темпе- 

ратура  стенки  и  скорость  воздуха  выбраны  правильно 
(сочетание  это  не  является  стр ого  огранич енным ;  здесь 

имеется  большая  свобода  выбора,  если  только  обе  вели- 

чины  не  ниже  определенного  значения),  то  практически 

любое  топливо  можно  сжечь  быстро  и  полно.  Опыт  тысяч 

двигателей подтверждает сказанное. 

359.  В  оч ень  больших  двигателях,  имеющих  толстые 

стенки,  температуры  деталей,  особенно  поршней,  на  пол- 

ной  нагрузке  очень  высоки  и  достигают  500°  С,  а  иногда 

и  выше.  Примером  может  служить  двигатель,  показанный 

на      рис.      157.      Конструктивное      решение,      предложенное 

еще  Гессельманом  и  состоящее  в  том,  что  поршень  снаб- 

жается  буртом  для  предотвращения  попадания  топлива 

на  стенки  цилиндра,  оказалось  не  очень  успешным.  Эти 

бурты    перегревались      (иногда  до    600—700°  С),      поэтому 

в  дополнение  к  опасности  появления  трещин  из-за  различ- 

ного  расширения  бурта  и  остальной  части  поршня  иногда 

даже      наблюдался      прогар,      причиной      которого      скорее 

всего      являлась      химическая      реакция      оксидной      пленки 

с    некоторыми    продуктами    сгорания    топлива,      особенно 

в случае присутствия ванадия и соли NaCl (абзац 409). 

360.  На  практике  не  всегда  имеет  место  наиболее  опти- 

мальное  сочетание  температуры  стенки  и  движения  заряда. 

В  особенности  это  относится  к  небольшим  двигателям  при 

работе  их  на  малых    нагрузках,    когда  стенки  нередко  

оказываются  слишком  холодными.  В  этом  случае  может 

происходить  интенсивное догорание,  а также неполное 

 

222 

горение  с  образованием  СО,  альдегидов,  а  иногда  и  лако- 

вых  соединений.  Вследствие  наличия  несгоревшего  топлива 

может  наблюдаться  даже  более  или  менее  значительное 

содержание  в  отработавших  газах  паров  углеводородов 

или  аэрозолей.  При  использовании  современных  очень 

легких  специальных  топлив  для  автомобильных  двига- 

телей  с  воспламенением  от  сжатия  отличные  результаты 

в  решении  рассматриваемой  проблемы  получены  наряду 

с  другими  дизелями  в  дизеле  ΜΑΗ  с  М-процессом  (см. 

рис.   123),   который  называют  «шепчущим»  двигателем.

 

 

ОПТИМАЛЬНОЕ СГОРАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ 

361.  Как  следует  из  сказанного  выше,    на  практике 

процесс  сгорания  очень  часто  и  во  многих  отношениях 

отклоняется  от  идеального  процесса  сгорания.    Так  как 

все  эти  отклонения  так  или  иначе  связаны  с  запаздыва- 

нием  горения,  то  они  проявляются  внешне  в  увеличении 

удельного  расхода  топлива  (здесь  не  затрагивается  вопрос 

об  очень  небольших  отклонениях,    имеющих  место  уже 

до  в.  м.  т.).  При  этом  иногда  могут  иметь  место  небольшие 

изменения  в  тепловом  потоке  и,  следовательно,  темпера- 

туре  стенок,    которые  могут  оказать  некоторое  компен- 

сирующее  или  кумулятивное  влияние.  Представляет  ин- 

терес      выявление      закономерностей      влияния      изменения 

формы  камеры  сгорания,  интенсивности  движения  заряда 

и  процесса  впрыска  топлива  на  удельный  расход  топлива 

при  наиболее  тяжелых  режимах  работы  двигателя.  При 

создании  двигателя  нового  типа  это  всегда  приходится 

делать,  и  такая  доводка  длится  очень  долго.  Измерения 

должны  делаться    особенно  тщательно  для    того,    чтобы 

подметить  даже  очень  небольшие  систематически  наблюда- 

ющиеся  отклонения  показателей  двигателя  в  зависимости 

от тех или иных факторов. 

362.  При  создании  дизелей  больших  размеров,  работа- 

ющих  с    100%-ным  или  более  избытком  воздуха,  такая 

доводка  в  поисках  оптимального  варианта  очень  часто, 

к  сожалению,  не  проводится.  Причиной  является  то,  что 

на  номинальной  нагрузке  различия  в  показателях  дви- 

гателя      при      различной      организации      процесса      обычно 

невелики.  Часто  слишком  мало  внимания  уделяется  тому, 

что возможны перегрузки на 10% и более, а при отсут-