Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 44

 

175 

которая  связана  только  собственно  с  процессом  смешения. 

В  этом  отношении  необходимо  всегда  помнить,  что  усред- 

ненное  по  камере  значение  коэффициента  КС  в  дизеле 

мало,  а  локальные  значения  его  могут  быть  еще  меньше, 

вплоть  до  нуля.  Если  представить  себе,  что  в  какой-то 

момент  образуются  зоны  с  богатым  содержанием  паров 

топлива  (в  действительности  такие  зоны  содержат  пары 

от  нескольких  соседних  капель),  то  зависимость  коэффи- 

циента  КС  от  расстояния  до  капли  будет  выглядеть,  как 

показано на рис. 130, и зона с наиболее благоприятным

 

Рис.  130.  Изменение  со- 
става  смеси  у  капли  с  ил- 

люстрацией  условной  зоны 

кон цент рац ии  т о пл ив а 

в  заряде,  оптимальной 

для воспламенения:

 

d — диаметр капли

 

для  высокой  скорости  сгорания  составом  смеси  может  быть 

схематически  представлена  как  зона  а—а.  Ясно,  что  если 

только  в  этой  зоне  скорость  сгорания  может  следовать  за 

скоростью  смешения,  то  в  окружающем  каплю  простран- 

стве,  где  смесь  всегда  будет  беднее,  создаются  условия, 

описанные  в  начале  абзаца,  вызывающие  недостаточную 

скорость  реакции.  Это  вряд  ли  возможно  в  ядре  факела, 

где  смесь  переобогащена 

1

  но  очевидно  такие  условия 

будут  возникать  в  оболочке  струй,  а  также  в  частях 

струй,  находящихся  в  непосредственной  близости  с  охла- 

ждаемыми  стенками  камеры,  особенно  на  малых  нагруз- 

ках.  В  целом  даже  само  разграничение  между  фазами  II 

и  I I I   может  оказаться  недостаточно  четким,  как  это 

следует из диаграмм, показанных на рис. 129.

 

293.  По  большей  части,  однако,  именно  диффузионный 

процесс  является  главным  в  фазе  III,   и  проблема  скорости 

развития  процесса  в  первую  очередь  является  проблемой 

смешения  и,  следовательно,  имеет  в  основном  физическую 

сущность. Здесь химические свойства топлива уже больше

 

1

  С  этим  трудно  согласиться,  так  как  в  зонах  излишнего  переобо- 

гащения  скорости  реакции  также  малы  и,  кроме  того,  создаются  усло- 

вия,  благоприятные  для  образования  сажевых  частиц.   Прим. ред.

 

 

 

176 

не  оказывают  влияния,  а  влияют  его  физические  свойства, 

такие  как  вязкость,  удельный  вес,  испаряемость.  Однако 

имеется  важный  и  независимый  фактор,  а  именно  момент, 

когда  начинается  горение,  а  соответственно  значения  τ

i 

и  θ,  которые  оказывают  большое  влияние  на  развитие 

процесса  смешения  [31].  В  этом  смысле  химическая 

природа  топлива  все  же  оказывает  влияние  на  завершение 

сгорания,  но  это  влияние  определяется  тем,  что  уже 

имело  место  до  начала  действительно  диффузионного 

горения.  В  отношении  воспламенения  необходимо  разли- 

чать  два  случая:  первый  относится  к  впрыску  топлива 

в  сжатый  воздух,  второй  —  к  впрыску  его  в  пламя,  при- 

чем  температура  последнего  приблизительно  на  1500°  С 

выше  первого.  Это  сильно  изменяет  скорость  испарения 

и,  следовательно,  существенно  влияет  на  проникновение 

и распределение струй (абзацы 298 и 253).

 

294.  Если  качество  смешения  является  решающим  для 

развития  диффузионного  горения,    то  можно  любое  от- 

клонение  процесса  горения  от  желаемого  объяснить  не- 

достаточным      смешением.      Недостатки      смесеобразования, 

практически  имеющие  место  в  любом  двигателе,  особенно 

серьезно  отражаются  на  к.  п.  д.  цикла  в  тех  случаях, 

когда:

 

а)  подается   большее   количество   топлива;

 

б)  время,  отводимое для смешения,  мало.

 

Следует  помнить,  что  в  связи  с  тем,  что  сгорание  со- 

четается  с  движением  поршня,  необходимым  для  осуще- 

ствления  термодинамического  цикла,  слишком  большая 

длительность  реакций  (большое  время  догорания)  снижает 

к. п. д.

 

295.  Важно      знать,      в      чем      заключаются      недостатки 

процесса  смешения,  потому  что  в  зависимости  от  характера 

этого  несовершенства  сгорание  может  не  только  затяги- 

ваться,      но  также  оказываться    неполным.      Имеет  также 

большое  практическое  значение,  какие  именно  продукты 

неполного  сгорания  образуются,  так  как  они  могут  спо- 

собствовать  загрязнению  и  износу  двигателя,  а  также  за- 

грязнению  и  приданию  неприятного  запаха  отработавшим 

газам  (см.  абзац  114  и  последующие).  Каждый  из  видов 

отклонения      от    совершенного      смешения      требует      своего 

метода    исправления,    и  поэтому  необходимо  знать,    что 

в    действительности    является      основной      причиной    этого 

отклонения.

 

 

177 

296.  Догорание      хорошо      видно      на      диаграмме    ρ—V, 

представленной  в  логарифмических  координатах  (рис.  131); 

однако  при  этом  очень  важна  высокая  точность  индици- 

рования.  Догорание    в  значитель- 

ной   мере может быть уменьшено

 

за  счет  более  раннего  впрыска,  но 

в  этом  случае  при  равном  к.  п.  д. 

давление  сгорания  оказывается 

более  высоким,  чем  в  случае  про- 

цесса  без  догорания  (рис.  132). 

Кроме  того,  увеличивается  тепло- 

вая  нагрузка  на  стенки  камеры 

сгорания.

 

297.  Схематически      некоторый 

момент  развития   горения  может 

быть  представлен,  как  это  показано 

на  рис.  133,  где  отмечена    гетеро- 

генность  состава  смеси  с  характер- 

ными  источниками  догорания  [32  ]. 

Резюмируя,      вкратце    можно  ска- 

зать,    что  компоненты,    все  еще  находящиеся  в  жидком 

виде  (особенно  необходимо  учитывать  топливо,  осевшее 

на стенке), не могут сгореть по крайней мере до того мо-

 

  

Рис.  132. Зависимости  к. п. д. 

от максимального давления сго- 

рания, изменяемого углом   опе- 

режения впрыска:

 

1 — при     отсутствии      догорания; 

2 — при   наличии   догорания

 

Рис. 133. Схематическая иллюстра- 

ция неоднородности заряда в период 

сгорания в дизеле:

 

1  —  большие  капли  в  ядре  струи;  2  — 

жидкое  топливо,  осевшее  на  стенки; 

3  —  мелкие  капли,  сгоревшая  и  горя- 

щая  гетерогенная  топливо-воздушная 

смесь;  4 — воздух

 

мента,  пока  они  не  испарятся  или  улетучатся  каким-либо 

образом,  например,  в  результате  крекинга,  который  в  ос- 

новном  является  окислительным   крекингом.   При  этом

 

 

Рис.  131.  Иллюстрация 

процесса догорания по ин- 

дикаторной 

диаграмме, 

представленной  в  лога- 

рифмических  координатах: 
1

 — догорание

 

 

 

 

178 

появляется  опасность  выделения  чистого  углерода  (см. 

абзацы 123, 124, 386 и последующие).

 

В  тех  частях  смеси,  которые  слишком  богаты  топли- 

вом,  последнее  остается  несгоревшим  до  тех  пор,  пока  на 

более  поздней  стадии  не  произойдет  полного  смешения. 

Здесь  также  имеется  опасность  сажеобразования  (см. 

абзацы  130,  386  и  последующие).  В  частях  смеси,  содер- 

жащих  мало  топлива,  реакции  между  топливом  и  воз- 

духом  развиваются  слишком  медленно.  Поэтому  имеется 

опасность  образования  альдегидов  и  лакообразования 
(см. абзацы 121, 122, 386 и последующие).

 

298.  Для  того  чтобы  топливо  быстро  испарилось,  не- 

обходимо  его  очень  тонко  распылить.  Но  уже  известно, 

что  тонкость  распыливания  при  механическом  впрыске 

оказывает  влияние  на  развитие  факела,  характеризуемое 

проникновением  топлива  вдоль  оси  и  его  распределением 

в  пространстве  вокруг  оси  факела,  в  противоположность 

тому,  что  имело  место  в  более  ранних  конструкциях  ком- 

прессорных  дизелей.  Это  является  следствием  того,  что 

при  механическом  впрыске  распыливание  происходит 

в  пространстве  камеры  сгорания  в  результате  воздействия 

сил  сопротивления  воздуха  на  струю 

1

.  При  старом  же 

методе  впрыска  распыливание  происходило  уже  в  самой 

форсунке,  и  топливный  туман  следовал  за  движением 

применяемого для распыла воздуха в камере сгорания.

 

В  процессе  этого  движения,  когда  впрыскиваемый 

воздух  проходил  сквозь  воздух  камеры  сгорания,  дости- 

гались  весьма  быстрое  смешение  (см.  абзац  271  и  после- 

дующие)  и  благоприятные  условия  для  горения.  В  этих 

старых  компрессорных  двигателях,  как  следствие,  ока- 

зывалось 

возможным 

достижение 

хорошего 

удельного 

индикаторного  расхода  топлива  даже  при  обычно  приме- 

нявшемся  позднем  впрыске  (в  большинстве  случаев  непо- 

средственно  перед  в.  м.  т.)  и  малом  повышении  давления 
(обычно  не  превышавшего  35  am  при  давлении  сжатия 
30—32  am).  Компрессорные  дизели  могли  без  особых  за- 

труднений  работать  на  нефтяных  остатках,  во  всяком  слу- 

чае  при  большой  нагрузке,  и  соответствующей  конструк- 

ции форсунки (абзац 272).

 

1

  По  современным  взглядам  в  быстроходных  дизелях  сопротивле- 

ние  среды  не  оказывает  существенного  влияния  на  мелкость  распыли- 

вания, в особенности на средний диаметр капель. Прим. пер.