Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 24

 

95 

176.  Следует  помнить,  что  в  действительности  взаимо- 

связь  конструкции  и  процессов  намного  сложнее  описан- 

ной  выше  связи,  и  на  скорость  превращения  энергии 

влияют  непрерывно  изменяющиеся  условия  турбулент- 

ности  и  эффекты,  связанные  с  локальными  температу- 

рами  стенок.  В  этом  последнем  аспекте  важное  значение 

имеет  техника  литья;  смещенные  стержни,  ведущие  к  не- 

нормально  толстым  сечениям  металла,  могут  свести  на 

нет  эффект  охлаждения  последней  части  заряда  в  зазоре. 

Важно  также  обеспечить  надлежащим  образом  направлен- 

ное 

течение 

охлаждающей 

жидкости  и  применять  мяг- 

кую  воду,  чтобы  избежать 

осаждения  накипи  в  интен- 

сивно охлаждаемых местах.

 

177.  В  отношении  ранней 

стадии  горения  Тауб  указы- 

вает  на  преимущества  так 

называемых  «далеко  достаю- 

щих  свечей»  —  свечей  зажи- 

гания  с  электродами,  сильно 

выступающими 

в 

камеру. 

Помимо 

преимущества, 

со- 

стоящего  в  том,  что  они  вы- 

ступают  из  неподвижного  граничного  слоя  (абзац  159) 

и  поэтому  обеспечивают  сокращение  периода  задержки 

повышения  давления,  подобные  электроды  также  обеспе- 

чивают  возможность  вовлечения  больших  масс  заряда 

в  горение  на  ранней  его  стадии,  так  что  благоприятным 

образом  изменяется  зависимость  объема  сгорающего 

заряда  от  времени.  Практически,  однако,  возможности 

применения  таких  свечей  весьма  ограничены  из-за  высо- 

кой  тепловой  нагрузки,  которой  подвергаются  свечи 

зажигания.

 

178. 

При  обеспечении  меньшей  продолжительности 

горения  максимальное  давление,  достигаемое  при  горе- 

нии,  все  более  приближается  к  теоретически  возможному. 

В  большинстве  случаев,  однако,  для  получения  оптимума, 

отмеченного  в  абзаце  167,  довольствуются  более  низкими 

давлениями,  достигаемыми  за  счет  более  или  менее 

позднего  зажигания.  Это  запаздывание  зажигания  при 

высокой 

термической 

нагрузке 

имеет 

другое 

важное 

преимущество, а именно, снижение последней, так как

 

 

Рис. 48.   Зависимость   среднего 

эффективного давления и темпе- 

ратуры выпускного  клапана от 

угла опережения зажигания

 

 

96 

уменьшается  время  контакта  горячих  газов  при  их  мак- 

симальной  плотности  со  стенками  камеры  сгорания. 

Даже  выпускной  клапан  при  этом  оказывается  в  более 

благоприятных  условиях,  так  как  его  тепловая  нагрузка 

определяется  тем,  что  он  является  частью  стенки  камеры 

сгорания,  и  тем,  что  он  служит  в  качестве  выпускного 

органа.  Наинизшая  температура  t

к

 

выпускного  клапана 

поэтому  наблюдается  при  угле  Δφ

оп  з

  опережения  зажи- 

гания,  более  позднем,  чем  тот,  при  котором  имеет  место 

максимум среднего давления цикла (рис. 48).

 

 
ПРАКТИЧЕСКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОСТАВЫ СМЕСИ 

179.  Имеются  различные  методы  выражения  соотно- 

шения  в  смеси  бензина  и  воздуха.  Теоретически  правиль- 

ный  (стехиометрический)  состав  смеси  состоит  из  весо- 

вого  количества  воздуха,  примерно  в    15  раз  превыша- 

ющего  весовое  количество  топлива,  причем  соотношение 

это  зависит  от  содержания  углерода  и  водорода  в  топливе. 

В  Англии  и  США  обычно  принято  указывать  отношение 

воздуха  к  топливу  или  топлива  к  воздуху.  Тогда  шкала 

соответственно  меняется  или  от  значения  20  для  бедной 

смеси  до  10  для  богатой,  причем  значение  15  выражает 

теоретически  правильный  состав,  или  от  0,05  для  бедной 

смеси  до  0,1  для  богатой,  причем  значение  0,066  отве- 

чает  теоретически  правильному  составу.    Но  предпочти- 

тельнее  взять  за  основу  теоретически  правильный  состав 

и  выражать  состав  смеси  как  отношение  между  теорети- 

чески  правильным  и  действительным  соотношениями  топ- 

лива  и  воздуха  в  смеси.  Тогда  получается  шкала  от  0,7 

для  бедной  смеси  до    1,5  для  богатой  смеси,    причем    1 

отвечает  теоретически  правильной  смеси.  В  ГДР  и  ФРГ 

1 

обычно    используется  обратная  шкала,    в  которой  боль- 

шие значения выражают избыток воздуха. 

180.  Отношение      количества      воздуха      к      количеству 

топлива  20  :  1  (коэффициент  КС  =  0,73)  примерно  выра- 

жает  предел  воспламеняемости  смеси.    В  случае  много- 

цилиндрового  двигателя  следует  выбирать  большие  зна- 

чения    коэффициента  КС  ввиду  неравномерного  распре- 

деления,  из-за  которого  один  цилиндр  может  получить 

смесь с составом, отличным от того, который подается 

1

 А также в СССР. Прим. ред.

 

 

97 

в  другие  цилиндры.  Поэтому  обычно  используются  смеси 

с  коэффициентом  КС  около  0,9,  а  в  старых  авиационных 

двигателях  коэффициент  КС  в  случае  так  называемой 

бедной  смеси  превышал  единицу.  С  введением  впрыска 

бензина  оказалось  возможным  использовать  более  бедные 

топливом смеси.

 

 
АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 

181.  Мощность  двигателя  обычно  регулируется  коли- 

чественно  с  помощью  дроссельной  заслонки.  Изменения 

в      составе      смеси      создают      возможность      осуществления 

частично    качественного    регулирования.      Ясно,    что    при 

уменьшении  коэффициента  КС  ниже  значения,  соответ- 

ствующего     теоретически

 

правильному  составу,  мощ- 

ность  теоретически  умень- 

шается 

прямо 

пропорцио- 

нально 

коэффициенту 

КС 

(дизель  регулируется  имен- 

но  таким  образом,  так  как 

он  может  работать  при 

очень 

большом 

избытке 

воздуха). 

При 

коэффи- 

циенте  КС  выше  единицы 

мощность 

(среднее 

инди- 

каторное  давление  при  по- 

стоянном 

числе 

оборотов) 

теоретически 

не 

зависит 

от состава смеси (рис. 49).

 

Из-за  диссоциации  и  изменения  температуры  действи- 

тельная  зависимость  будет  иной.  Удельный  расход  топ- 

лива  имеет  минимум  при  составе  смеси,  несколько  более 

богатой,  чем  предельный  состав,  на  котором  двигатель 

все  еще  работает  без  пропусков  вспышек.  Это  связано 

с  тем,  что  вспышки  становятся  все  более  неравномер- 

ными  по  мере  приближения  к  предельно  бедной  регу- 

лировке.

 

182.  Как      можно      было      ожидать,      удельный      расход 

топлива  резко  растет  при  увеличении  коэффициента  КС. 

Тем  не  менее  на  практике  богатые  смеси  используются 

в  случаях,  когда  нужно  получить  дополнительную  мощ- 

ность, например, во время взлета, или в чрезвычайных

 

4    Д. Д. Брозе

 

 

Рис. 49. Влияние коэффициента КС

 

на расход топлива и мощность при

 

постоянной   плотности   заряда   на

 

впуске:

 

/ — экономичная  регулировка;    // —

 

мощностная   регулировка;    /// — зона

 

составов с охлаждающим эффектом

 

 

98 

 

случаях.  Это  связано  с  температурами  сгорания.  Из-за 

избытка  топлива  число  молекул  в  сгоревших  газах  зна- 

чительно  возрастает,  образуются  СО  и  Н

2

  (абзац  145), 

так  что  то  же  повышение  давления  достигается  при  мень- 

шем  росте  температуры.  Стенки  двигателя  подвергаются 

меньшей  термической  нагрузке  при  том  же  среднем  инди- 

каторном  давлении  (рис.  50),  но,  что  еще  более  важно, 

при  этом  заметно  снижается  склонность  к  детонации 
(абзац  208),  особенно  если  топливо  содержит  ароматиче- 

ские  соединения.  Поэтому  оказывается  возможным  ис- 

пользовать  более  высокое: 

давление  впуска,  что  ведет 

к  получению  более  высо- 

кого 

среднего  индикатор- 

ного  давления.  Может  быть 

также 

увеличено 

число 

оборотов  двигателя  без  уве- 

личения 

термической 

на- 

грузки.

 

183.  Для  еще  большего 

(кратковременного) 

увели- 

чения 

мощности 

добав- 

ляется  смесь  водного  рас- 

твора  метанола  с  ТЭС 
(абзац 210).

 

184.  На  наиболее  длительных  крейсерских  режимах 

полета  с  мощностью,  равной  50—60%  максимальной, 

осуществляется  регулировка  на  наиболее  бедную,  прак- 

тически  применяемую  смесь.  В  принципе  имеются  три 

изменяемых  параметра:  число  оборотов  (с  соответству- 

ющей  установкой  шага  винта),  давление  на  впуске  и  со- 

став  смеси,  причем  одна  и  та  же  мощность  может  быть 

получена  при  различном  сочетании.  Наиболее  экономич- 

ными  из  них  являются:  низкое  число  оборотов,  большой 

шаг  винта,  высокое  давление  на  впуске  и  минимально 

возможное  значение  коэффициента  КС.  Степень  реали- 

зации  сочетания  этих  параметров  зависит  от  конструкции 

двигателя,  искусства  управления  им  и  качества  обслу- 

живания.

 

Автоматическая 

регулировка 

двигателя 

сильно 

отличается  от  этого  оптимального  сочетания.  Поэтому 

оно  должно  определяться  борт-инженером  на  месте  с  ис- 

пользованием характеристик двигателя.

 

 

Рис  50.  Зависимость  температуры 

головки цилиндра от коэффициента 

КС,   иллюстрирующая   охлаждаю- 

щий эффект богатых смесей:

 

/ — экономичная    регулировка;   // — 

мощностная регулировка