Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 18

 

71 

138.  Диффузионное  пламя  почти  всегда  желтое,  имеет 

тенденцию  к  образованию  дыма,  и  если  только  оно  не  пере- 

охлаждается,  то  в  нем  не  образуются  альдегиды,  так  как 

термический  распад  всегда  слишком  глубокий.  У  двигате- 

лей  внутреннего  сгорания  иногда  желтое  пламя  и  дым- 

ность  выпуска  выражены  отчетливо,  например,  в  дизелях, 

но  одновременно  также  образуются  альдегиды,  особенно, 

если  стенки  холодные  (лакообразование,  запах;  см.  аб- 

зацы 121, 122, 298, 386). 

139.  В  бензиновом  двигателе  стремятся  получить  горе- 

ние  с  голубым  пламенем,  приводящее  к  меньшему  загряз- 

нению. 

Для  этого  смесь  необходимо  предварительно  доста- 

точно  подогреть,  чтобы  она  была  сухой.  Альдегиды  летучи, 

и  так  как  бензин  обычно  сжигается  при  коэффициенте  КС, 

близком  к  единице,  то  температура  газов  получается  до- 

статочно  высокой  для  вовлечения  альдегидов  в  реакции. 

Но  только  при  неблагоприятных  условиях,  которые  часто 

встречаются  на  практике,  а  именно,  когда  при  работе  дви- 

гателя  на  богатых  смесях  внезапно  «сбрасывается  газ», 

имеет  место  такое  неполное  или  позднее  горение,  что  мо- 

жет  образовываться  большое  количество  альдегидов  и  дру- 

гих  продуктов,  таких  как  олефины  (установлено,  что  это 
o6cтоятельство 

является 

главной 

причиной 

образования 

ядовитых  туманов,  именуемых  «смог»,  в  Лос-Анжелосе). 

Это,  к  сожалению,  имеет  место  также  в  двигателях,  рабо- 

тающих  с  расслоением  смеси  (абзац  227),  когда  некоторая 

ее  часть  очень  обеднена.  Такие  двигатели  могут  быть 

намного  более  экономичными,  чем  двигатели,  использую- 

щие  гомогенную  смесь,  но  в  них  трудно  достигнуть  совер- 

шенного горения при всех нагрузках.

 

140.  Тенденция  к  дымлению  различна  для  различных 

углеводородов  и  их  соединений.  Ароматические  соедине- 

ния  склонны  к  дымлению  больше  остальных  веществ  при 

равных  условиях  смешения.    В  дизеле,    однако,    можно 

наблюдать  парадокс,  когда  при  высокой  нагрузке    арома- 

тическое  топливо  дает  меньшее  дымообразование,  чем  пара- 

финовое.  Это  происходит  из-за  более  длительного  периода 

индукции  в  случае  ароматического  топлива,  вследствие 

чего  смесь  в  камере  сгорания  имеет  больше  шансов  стать 

гомогенной до начала горения (абзац 277). 

141.  При  добавлении    к  богатой    смеси    воды    умень- 

шается склонность к образованию сажи. Это использова- 

 

 

72 

лось  в  нефтяных  двигателях  для  того,  чтобы  сделать  воз- 

можным  форсирование  по  нагрузке,  причем  имел  значение 

также охлаждающий эффект добавки воды.

 

 
АНАЛИЗ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ 

142.  Исследование  процесса  горения  требует  примене- 

ния  специального  лабораторного  оборудования    и  даже 

более  или    менее  радикального  изменения    конструкции 

двигателя.  Однако  о  результатах  горения  можно  судить 

относительно      просто      по      составу      отработавших      газов. 

Анализ  состава  отработавших  газов  не  позволяет  опреде- 

лить  продолжительность  горения.  Последнее  можно  сде- 

лать  с  помощью  термодинамического  анализа  по  очень 

точным диаграммам давления. 

143.  С  помощью  анализа  отработавщих  газов  и  иссле- 

дования  степени  отклонений  реальных  результатов  горения 

от  желаемых  могут  быть  разрешены  различные  проблемы. 

В  большинстве  случаев,  однако,  ограничиваются  сужде- 

нием  об  окраске,  запахе  и  раздражении  слизистых  обо- 

лочек.  При  определении  склонности  к  дымлению  по  сте- 

пени  окраски  отработавших  газов  используются  фотомет- 

ры,  работающие  по  принципу  поглощения  (в  этом  случае 

фотометры  могут  быть  заменены  простым  аппаратом,  где 

сажа  откладывается  на  бумажном  фильтре)  или  по  прин- 

ципу  отражения  при  определении  степени  «синевы»,  кото- 

рая  обнаруживается  в  дыме  вследствие  наличия  в  нем 

тонкодисперсного  тумана  масла.  В  большинстве  случаев 

в  эксплуатации  даже  столь  простые  количественные  опре- 

деления не проводятся. 

144.  В  основном  определяется  общий  состав  отрабо- 

тавших  газов  и  расход  топлива,  что  позволяет  судить  о  со- 

ставе  смеси,  расходе  воздуха,  который  не  поддается  пря- 

мым  измерениям

1

.  Для  заданного  элементарного  состава 

топлива  состав  отработавших  газов,  согласно  Д'Аллеву 

и  Ловеллу  [10],  является  точной  функцией  состава  смеси 

независимо  от    конкретного  двигателя,      использованного 

при  исследовании,  и  даже  независимо  от  того,  дизель  это 

или  бензиновый  двигатель,  если  только  качество  горения 

во всех случаях одинаково. 

1

  При  подобном  методе  непрямого  определения  расхода  воздуха 

возможны  ошибки,  так  как  состав  газов  в  месте  отбора  пробы  может 

не соответствовать среднему составу.

 

 

73 

145.  Это  утверждение  поэтому  действительно  для  дви- 

гателей  с  практически  совершенным  горением,  которого 

можно  достичь  надлежащей  регулировкой  и  подбором  топ- 

лива,  а  в  случае  дизелей  —  при  отсутствии  в  отработав- 

ших  газах  значительного  количества  сажи.  На  графике 

рис.  31,  полученном  на  основании  анализа  отработавших 

газов  при  использовании  определенного  топлива,  пока- 

зано содержание в отработавших газах основных компонен-

 

Рис.  31.  Содержание 

основных  компонентов 

в  отработавших  газах 

при  сжигании  конкрет- 

ного  углеводородного 

топлива

 

тов,  а  именно  СО

2

,  О

2

,  Н

2

,  СО  и  СН

4

  во  всем  практически 

используемом  диапазоне  изменения  составов  смеси.  Вода 

не  была  обнаружена,  так  как  она  конденсируется  до  ана- 

лиза.

 

В  отработавших  газах  найдены  следующие  соедине- 

ния:  при  бедных  смесях  О

2

  и  СО

2

,  при  богатых  смесях 

СО

2

,  СО  и  Η 

2

  и  во  всех  смесях  СН

4

  в  небольших  незако- 

номерных количествах.

 

Содержание  СН

4

  связано  с  охлаждающим  эффектом 

стенок.

 

При  горении  богатых  смесей  в  отработавших  газах 

увеличивается  число  молей  вследствие  образования  СО 

и  Н

2

  по  сравнению  с  числом  молей  в  свежей  смеси.  Это 

своеобразный  полезный  эффект,  так  как  энергия  горения 

используется  при  более  низкой  температуре,  что  ведет 

к  более  низкой  тепловой  нагрузке  деталей  двигателя. 

При  этом  увеличение  числа  молекул  компенсирует  сни- 

жение  температуры,  так  что  на  единицу  массы  смеси  про- 

изводится та же работа.

 

 

 

74 

146.  Дизель    в    основном    работает    со    значительным 

избытком  воздуха,  а  следовательно,  на  бедных  смесях. 

Стационарные  и  судовые  двигатели  имеют  избытки  воз- 

духа,      равные      около      100%      (коэффициент      КС  =  0,5). 

Эти  значения  коэффициента  КС  на  рис.  33  не  показаны, 

но  имеются  другие  графики,  охватывающие  и  этот  диа- 

пазон.  Теоретические  значения  коэффициента  КС  могут 

быть      подсчитаны      на      основании      газового      анализа      по 

методу      В.      Оствальда,      предложившего      для      этой      цели 

хорошо  известный  треугольник  сгорания  [11].  В  области 

сгорания    с    избытком  топлива,    однако,    где  образуется 

СО,  при  составлении  треугольника  сгорания  В.  Остваль- 

дом  было  принято,  что  Η

2

  сгорает  полностью.  Это  неверно 

применительно  к  горению  углеводородов  в  двигателях, 

поэтому  треугольник  сгорания  в  этом  случае  не  может 

быть      использован.      Применение      его      допустимо      только 

в области с избытком воздуха. 

147.  Большая  теплопроводность  Н

2

  положена  в  основу 

электрического    метода    определения      состава      смеси      при 

избыточном  количестве  топлива  (богатая  смесь)  с  помощью 

простого  шкального  прибора  с  прямым  считыванием  пара- 

метра  (кэмбриджский      газоанализатор).  Недостаток  этого 

метода  состоит  в  том,  что  при  бедных  смесях  стрелка 

отклоняется    в    противоположную  сторону,      и    использо- 

вание  прибора  становится  невозможным.  В  авиационных 

двигателях  использование  этого  прибора  в  целом  не  вызы- 

вало  возражений,  но  сейчас  от  него  отказались  и  прибе- 

гают  к  помощи  точного  измерения    расхода  топлива    и 

к  графикам,  по  которым  можно  определить  расход  воз- 

духа  или  количество  топлива,  необходимое  для  работы 

при различных эксплуатационных режимах.