Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 52

 

207 

довательно,  п

в

  =  (12  ÷  8)  п

дв

.  Точное  значение  п

в

  зави- 

сит  от  многих  дополнительных  факторов,  поэтому  лучше 

определять его опытным путем.

 

Из  рис.  164,  где  показана  камера  Рикардо  «КометаIII», 

видно,  что  движение  заряда  может  иметь  характер  струй- 

ного  течения,  переходящего  постепенно  в  направленную 

турбулентность,  или  вращательное  движение,  напоми- 

нающее  по  характеру  в  большей  или  меньшей  мере  вихрь. 

При  вихревом  движении  легче  контроль  интенсивности 

движения и меньше потери энергии.

 

339.  Перепад  давлений  в  двух  частях  камеры,  о  кото- 

ром  говорилось  в  абзаце  337,  приводит  к  дополнительным 

гидравлическим  потерям,  и  в  зависимости  от  того,  изме- 

ряется  ли  давление  в  цилиндре  (что  более  верно)  или  в  до- 

полнительной  камере  (что  чаще  всего  делается  вследствие 

большей  доступности),    получается  либо  низкий  механи- 

ческий    к.  п.  д.,      либо    высокий      удельный      индикаторный 

расход  топлива.  Для  того  чтобы  снизить  эти  гидравли- 

ческие  потери,  применялся  поршень  со  специальным  вы- 

теснителем,  имеющим  форму  цилиндрического  выступа  на. 

днище  поршня,    при    помощи    которого  малое  проходное 

сечение  между  обеими  частями  камеры  создается  лишь 

в  конце  такта  сжатия.  Этот  цилиндрический  выступ  пере- 

крывает  частично  проход  в  головке  блока  непосредственно 

перед  в.  м.  т.  (рис.  165).  Таким  образом  достигаются  вы- 

сокие  скорости  перетекания  без  больших  гидравлических 

потерь,  причем  оказывается  возможным  установить  впуск- 

ные  и  выпускные  клапаны  в  дополнительной  камере,  из- 

бегая  чрезмерно  больших  потерь  на  газообмен.  Возраже- 

нием  против  такой  конструкции  является  очень  высокая 

температура  поршня  вследствие  обтекания  выступа  горя- 

щими  газами,  поэтому  поршни  такой  конструкции  приме- 

няются  только  на  двигателях  с  низкой  теплонапряжен- 

ностью. 

340.  Оказалось  очень  важным  другое  конструктивное 

решение,  при  котором  в  конце  такта  сжатия  поршень  под- 

ходит    к    головке  цилиндра    очень    близко  значительной 

частью  поверхности  днища  и  вытесняет  воздух  из  про- 

странства    над  этой      поверхностью      (над    вытеснителями) 

в  основное  пространство  камеры  сгорания.  В  этом  случае 

проходное    сечение      и,      следовательно,      скорости    опреде- 

ляются  зазором  между  поршнем  и  головкой,  который  и 

представляет   собой   проход   в   пространство   сгорания 

 

208 

(рис.  165).  В  начале  хода  сжатия  решающее  значение 
имеет  проходное  сечение  горловины  (с  площадью

)

 

камеры,  которая  для  простоты  показана  здесь  цилиндри- 
ческой,  В  дальнейшем,  когда

,  решающим  (наимень- 

шим)  становится  проходное  сечение,  площадь  которого 
равна  2πdh.  И  в  этом  случае  при  заданной  конечной  ско- 
рости  перетекания  достигается  уменьшение  потерь  на 
перетекание.

 

Подобный  метод  «выжимания»  воздуха  из    простран- 

ства между поршнем и головкой цилиндра был применен

 

 

Рнс.  166.  Камеры  сгорания,  расположенные  в  поршне,  в  которых  ис- 

пользуется принцип вытеснения заряда:

 

а  —  различные        конструкции;        б  —  схема      тороидального  движения    заряда, 

вызванного вытеснителями

 

Рикардо  в  двигателях  с  искровым  зажиганием  и  нижним 

боковым  расположением  клапанов  очень  давно  (абзац  171). 

Позднее  он  же  применил  его  на  своем  двигателе  с  воспла- 

менением  от  сжатия  и  гильзовым  распределением  (см. 

рис.  124)  и,  наконец,  на  двухтактном  двигателе  (см. 

рис.  158,  I  ).  Термин  «выжимание»  (сквиш)  стал  обычным 

в  английской  литературе  после  использования  его  в  ла- 

боратории Рикардо.

 

341. 

Наиболее  эффективным  применением  движения 

воздуха  по  принципу  «выжимания»  является  сочетание 

его  с  вихрем,  создаваемым  на  впуске  в  четырехтактных 

двигателях  с  клапанным  газораспределением  при  распо- 

ложении  камеры  в  поршне  (рис.  166,  а)  и  двухтактном  дви- 

гателе при расположении камеры в головке (рис. 158, 1).

 

Первоначально  предполагалось,  что  «выжимание»  вы- 

зывает  тороидальное  движение,  к  которому  собственно  и 

были  приспособлены  камеры  сгорания,  такие  как  Заурер 

и  А.  Е.  С.  (рис.  166,  б).  Существовало  мнение,  что  при 

этом  осуществляется  комбинация  тороидального  и  вра- 

щательного движений,  причем увеличение угловой  ско-

 

 

209 

рости  вращения  заряда  достигается  уменьшением  диа- 

метра  камеры.  Дикси,  однако,  показал,  что  комбинация 

вращения  заряда  вокруг  оси  цилиндра  с  эффектом  вытес- 

нения  прежде  всего  приводит  к  усилению  вращательного 

движения.  Методом  Алкока  (нанесением  алюминиевой 

краски  определенной  густоты  на  поршень  и  головку) 

Дикси  зарегистрировал  характер  движения  воздуха  у  сте- 

нок  камеры  проворачиванием  коленчатого  вала  двигателя 

в  течение  определенного  времени.  Таким  образом  он  на- 

шел,  что  характер  движения  заряда  у  дна  камеры  такой 

же, как в пространстве цилиндра над  поршнем, причем

 

Рис. 167. Сложное дви- 

жение  заряда,  вызван- 

ное  совместным  дейст- 

вием  вихря  и  вытесне- 

ния заряда

 

где-то  на  боковых  стенках  имеется  «экватор»,  где  заряд 

движется  только  горизонтально.  Схематически  движение 

заряда  представлено  на  рис.  167,  из  которого  видно,  что 

характер  этого  движения  очень  сложный.  Рикардо  около 
1930  г.  в  опытах  с  двигателем,  имеющим  гильзовое  газо- 

распределение  (рис.  124),  по  наличию  отложений  сажи 

выяснил,  что  топливо  увлекается  внутрь  камеры;  но  он 

разработал  гипотезу  о  характере  движения  воздуха,  ко- 

торая  позднее  была  опровергнута.  При  слишком  высокой 

скорости 

вращательного 

движения 

заряда 

движение, 

направленное  внутрь  камеры,  может  привести  к  ярко  вы- 

раженной  тенденции  к  сажеобразованию  из-за  избытка 

топлива  в  ядре  вихря,  особенно  при  центрально  располо- 

женной  форсунке.  Это  может  одновременно  сопровож- 

даться  чрезмерным  проникновением  топлива  на  перифе- 

рию,  что  следует  из  рис.  167  и  подтверждено  практикой 
(сравните  сказанное  здесь  с  тем,  что  говорилось  об  эффекте 

тангенциальных  продувочных  окон  двухтактного  двига- 

теля в абзаце 329).

 

342.  Наиболее  важным  результатом  действия  вытесни- 

телей  является  ускорение  вращения  за  счет  вытеснения 

вращающегося  заряда  в  камеру  меньшего  диаметра,  про- 

исходящее по законам свободного вихря с сохранением

 

 

 

210 

момента  количества  движения.  Таким  образом,  желаемая 

скорость  вращения  может  быть  достигнута  при  меньшем 

угле  охвата  ширмы  клапана,  а  следовательно,  при  большем 

наполнении  цилиндра  в  связи  с  тем,  что  наибольшие  ско- 

рости  заряда  достигаются  лишь  в  необходимый  момент 

в  конце  сжатия,  вследствие  чего  потери  энергии  заряда 

за  счет  трения  оказываются  небольшими.  Как  ясно  из 

предыдущих  иллюстраций,  форсунка  может  быть  распо- 

ложена  как  в  центре,  так  и  сбоку  камеры  сгорания.  Если 

форсунка  расположена  в  центре  камеры,  в  большинстве 

случаев  используются  распылители  с  четырьмя  отверсти- 

ями.  В  двигателях,  в  которых  вихрь  создается  на  впуске 

и  используется  вытеснение  заряда  при  сжатии,  иногда 

получаются  очень  благоприятные  характеристики  удель- 

ных  расходов  топлива,  причем  высокие  средние  давления 

цикла  имеют  место  в  широком  диапазоне  чисел  оборотов. 

Без  применения  наддува  достигается  среднее  индикатор- 

ное  давление,  равное  9—10  кг/см

2

,  при  приемлемой  дым- 

ности отработавших газов.

 

343.  Движение  заряда,      созданное    в    период    горения. 

Любое  горение,  за  исключением  одновременного  взрыва, 

вызывает  движение  заряда  из-за  расширения  горящей  ча- 

сти  смеси.  Если  бы  имелись  только  горючая  смесь  топлив- 

ных  паров  и  воздух  в  пространстве,    имеющем  простую 

форму,  то  горение  не  оказывало  бы  влияния  на  процесс 

смешения,  так  как  все  элементы  объема  либо  расширялись 

бы,  либо  сжимались,  не  испытывая  заметного  относитель- 

ного  перемещения.  В  двигателе  с  воспламенением  от  сжа- 

тия      смешение      оказывается        связанным        со      сгоранием 

вследствие:

 

1)  наличия жидкого топлива в горящей струе; 
2)  движения  заряда  в  зоне  горения  вследствие  локаль- 

ных различий в степени расширения; 

3)  конструктивных        особенностей        камер        сгорания, 

вследствие    которых    расширение    горящих      газов    проис- 

ходит  в  виде  направленного  истечения  во  второе  простран- 

ство  камеры  (принцип  работы  предкамерного  двигателя, 

см. абзац 281). 

344.  Наличие  жидкого  топлива  в  горящей  струе  рас- 

пыленного      топлива      обычно      влияет  на  дальнейшее  сме- 

шение  неблагоприятным  образом,    так    как    горение,    на- 

чинающееся  в  оболочке  струи,  оттесняет  окружающий  ее 

воздух все дальше от ядра струи. Однако повышение тем-