своего максимума. Дальнейшее обогащение смеси понижает скорость сгорания. Так, при коэффициенте смешения 1: 6 продолжительность сгорания равна 0,05 секунды, тогда как при коэффициенте смешения 1:14 она в 10 раз больше (0,5 секунды) и при коэффициенте смешения 1:4 достигает 0,15 сек. Скорость сгорания зависит также от давления сжатия, под которым протекает сгорание. Те ле опыты Клерка иллюстрируют это поло-лоение (табл. 6).

Табл. 6.- Скорость сгорания по опытам Клерка (при скорости поршня гз=5 mjck).

Виды смеси

Скорость сгорания в м/ск

без сжатия

Богатая Бедная

22 7

при сжатии р = 2,5 atm

6,25

Зависимость скорости сгорания от t° всасывания для светильного и генераторного газов, по опытам Негеля, характеризуется табл. 7; из нее видно, что повышение t° оказывает положительное влияние на скорость сгорания. Итак, хотя нагревание во время всасьшания и сжатия способствует лучшему перемешиванию газов, но повышающееся вместе с тем давление мешает газам хорошо диффундировать.

Табл. 7.- Зависимость скорости сгорания от Г всасывания.

Наименование и состав смеси

Светильный газ 16% Генераторн. 46,о%

Скорость сгорания в м/ск

при 15°

3,5 1,95

при 75°

3,8 2,1

На диаграмме (фиг. 25) приведены ско-рости.сгорания бензиновых и спиртовых смесей, в зависимости от избытка воздуха а в двигателе Скрипе , по опытам Лаборатории Д. в. с. Московского высшего технич. училища. Как видно из диаграммы, максимальная скорость сгорания для таких топлив получается для а s 0,9 и достигает для бензина 22 м/ск. Как с обеднением, так и с обогащением смеси скорость сгорания сильно падает. Если сравнивать численные значения скорости сгорания, полученные Клерком, Негелем и лабораторией Московск, высшего технического училища, бросается в глаза их несоответствие: Клерком и лабораторией МВТУ получено число 22, а Негелем - 3 м/ск. Это объясняется тем, что Клерк и лаборатория производили свои опыты на работающем двигателе, тогда как Негель-в бомбах. Если предполоншть, что в закрытой

Фиг. 25.

бомбе газ с воздухом хорошо диффундировали в однородную смесь, то опыты Негеля дают действительную скорость сгорания, когда смесь находится в покое. Эти скорости недостаточны для того, чтобы закончить сгорание дагке за один рабочий ход: так, например, для автомобильного двигателя, делающего 1 800 об/м., рабочий ход (сгорание и расширение) совершается в = = ~ сек.; при ходе поршня равном 100 мм и

скорости сгорания в 3 м/ск сгорание заканчивалось бы в начале всасывания. В действительных рабочих диаграммах, однако, мы видим, что двигатели развивают нормальную рабочую диаграмму с небольшими отклонениями от г; = Const, соответствующую скорости сгорания 204-30 м/ск, в зависимости от чистха оборотов машины. С повышением числа оборотов увеличивается скорость вихревых потоков в рабочем цилиндре и очаг сгорания быстро переносится на всю рабочую смесь, так как вихревые скорости значительно превосходят скорости распространения волны сгорания в покоящейся смеси.

Коэффициент выделения тепла. В связи со всеми перечисленными выше влияниями на линию сгорания, из располагаемого тепла лишь часть будет обращена в полезное давление для двигателя Отто и в соответствующее увеличеюте объема для двигателя Дизеля. Остальная часть пойдет в ох-лаледающую воду; часть топлива совершенно не горит, характеризуя неполноту сгорания; часть же топлива горит в процессе расширения, и некоторое влияние на теоретические давление и объем окажет также диссоциация. Назовем долю от введенного тепла, получаемую как полезное тепло в процессе видимого сгорания, коэффицентом выделения тепла . Тогда, при сжигании единицы количества топлива с теплотворной способностью Н , количество тепла, которое выделится в процесс видимого сгорания, будет Н . Значение зависит от конструкции машины, очертаний камеры сгорания, однородности смеси или способа распылива-ния топлива и от числа оборотов машины; с повышением степени сжатия убьшают потери в охлаждающую воду; совершенство диффузии и распыливания влечет за собой полноту сгорания; увеличение числа оборотов уменьшает теплоотдачу в стенки, но увеличивает фактор догорания. Практически для хорошо исполненных моделей коэффициент выделения тепла колеблется в пределах от 0,75 до 0,95. Малое значение коэфф. g явно указывает на догорание в процессе расширения, и при выборе значений для необходимо их связывать с соответствующим значением показателя политропы рас-ширешш Wj,: чем меньше тем меньше и щ. Вообще следует отметить, что в большинстве двигателей может иметь место догорание за весь процесс расширения, и недовыделивше-еся в процесс видимого сгорания теп.по отчасти используется в процессе расширения. Значение коэфф. выделения тепла для разных типов двигателей можно для предварительного теплового расчета брать по табл. 8.

Табл. 8.- Значения коэффициента выделения тепла I.

Двигатели Дизеля..............0,82-0,92

Нефтяные двигатели.............0,75-0,85

Газовые двигатели..............0,80-0,88

Быстроходные автомобили и авиационные двигатели...................0,80-0,97

Период расширения. Теоретически, адиабата линии расширения идет с переменным показателем, увеличиваюш;имся по мере расширения газов в пределах от 1,25 до 1,32, в зависимости от нагрузки. В виду теплоотдачи в стенки кривая расширения должна итти круче адиабаты и с ббльшим показателем против нее. В свою очередь, догорание компенсирует потерю на охлаждение, приближая действительную линию расширения к адиабатич. кривой. Практически при построении рабочей диаграммы принято считать линию расширения идущей с постоянным показателем, что, однако, не соответствует действительному рабочему процессу, но дает значительное упрощение при сравнительно небольших неточностях.

Для хорошо исполненных моделей колеблется в пределах 1,28-1-1,35, в зависимости от выбора коэффициента , но может в неудачно исполненных моделях упасть даже до 1. По опытам Герберга, показатель линии расширения зависит гл. обр. от давления сжатия, что видно из след. сопоставления:

При давлении сжатия Ре в atm ... 10 10 8 6 4 3

Показатель линии

расширения п2 . . . 1,285 1,295 1,365 1,385 1,395 1,43,

т. е. с повышением сжатия показатель линии расширения падает. На показатель влияет, хотя не в сильной степени, и величина нагрузки. Герберг производил опыты при разных нагрузках, от больших до холостого хода, и нашел, что показатель при этом менялся в пределах 1,28--1,33; для холостого хода он был равен 1,38. Такая зависимость показателя пз от нагрузки понятна: с уменьшением нагрузки уменьшается и количество рабочей смеси, поверхность же охлалс-дения остается одна и та же, так что, несмотря на пониление температуры относительная теплоотдача как бы увеличивается, и показатель возрастает. На величину показателя линии расширения влияет также и число оборотов двигателя: чем оно больше, тем короче время соприкосновения газов со стенками в период расширения, а значит и теплоотдача в этот период меньше; следовательно, показатель уменьшается. Эту зависимость подтверждает и Клерк, который нашел колебания и а для разных чисел оборотов в пределах от 1,2 до 1,43. Впрыскивание воды в цилиндр тоже влияет на уменьшение показателя Uz- Часть тепла тратится на испарение впрыскиваемой воды, темп-ра понижается, и уменьшается теплоотдача во внешнюю среду, что и вызывает пониление па до 1,2; иногда оно доходит даже до 1. Это бывает при перегрузках, когда часть смеси не успевает сгорать, и по линии расширения происходит сильное догорание.

Продувка двухтактных двигателей. В двигателях внутреннего сгорания, в частности-в двухтактных, давление сгоревших газов в конце расширения равно 2-1-5 atm. В момент открытия выхлопных

окон сгоревшие газы с постоянной скоростью, равной скорости звуковой волны (соответственно показателю к и температуре), устремляются через выхлопные окна в атмосферу, при чем с понижением давления в цилиндре ниже критического скорость истечения будет постепенно падать. Обозначим давление внутри цилиндра через р, давление в выхлопном трубопроводе-через р, тогда с падением давления в цилиндре наступает критическое отношение давлений:

Для двухатомных газов (/с=1,4) это отношение равно 1,89.

Если начальное давление в цилиндре больше давления, соответствующего критическому значению, т. е.

то секундный вытекающий вес в кг определяется из выражения

Сек- lVmaxf >

где /-площадь поперечного сечения окон, [г-коэфф. истечения, а Vmax-постоянная величина, не зависящая от начальн. давления:

Если

2 дк k + l

(35)

и, следовательно, количество вытекающ. газа зависит от постоянно падающего отношения давлений- . Т. о., за время dt вытекает

dt.

(37)

Предполагая, что процесс идет по закону политропы (с показателем т= 1,25--1,35), и обозначая через ро и Vo давление и уд. объем в начале рассматриваемого процесса, при Pi и V.I, меняющихся по времени, имеем:

откуда

Pi pi /рл ро {Ш\

1 -t-

dG/vfy ( dt- (38)

После соответствующих подстановок и интегрирования получаем время-сечение для выхлопа и продувки:

г lPi\ гт 2

где V-объем цилиндра в процессе выхлопа и продувки - принимается постоянным.

Фиг. 26.

Очищение цилиндра от сгоревших газов идет по трем законам истечения (фиг. 26). 1) В момент, когда выхлопные окна открываются (точка е), устанавливается критическая постоянная скорость истечения вплоть до критич. давления (точка к), и коэфф. V в этот период истечения (кривая ек) принимает постоянное значение fPmax, для среднего состава продуктов сгорания, при fc=1,3, Wmax2,09. 2) Затем, начиная скри-тическ. давления,в пределах низких давлений истечения (участок ks) скорости вытекания постепенно падают в зависимости от падения давления в щминдре. 3) В тот момент, когда давление в цилиндре упадет до давления в ресивере или в продувочно-кривошипной камере Ps (точка s), открываются продувочные окна, и сгоревшие газы в цилиндре, с одной стороны, вытесняемые продувочным воздухом, а с другой-под влиянием разности давлений в цилиндре и выхлопном трубопроводе выталкиваются через выхлопн. окна. Для первого периода получаем для определения вре-мягсечения до критич. давления след. ф-лу:

dt = 0,717(0,932 р;- - 1). (40)

Аналитич. решение интеграла для второго периода (выхлоп ниж;е критич. скорости), для области низких давлений, в виду переменности гр невозможно, и решать его приходится графически, в результате чего необходимое время-сечение берется по формуле:

tk ts

Jfdt+Jfdt=

= 0,173 :j;[(3,86 + .Z,)p/--4,14], (41)

где Z, в зависимости от , берется по

графику (фиг. 27).

Период продувки. В момент открытия продувочных окон давление в цилиндре равно давлению в ресивере pg, и продувка цилиндра идет от продувочных окон к выхлопным, преодолевая сопротивление обоих этих окон. В виду того, что выхлопные окна в нача.че продувки имеют значительно большее сечение против продувочных, урав-хшвание давлений в цилиндре пойдет быстрее, чем подача свежего воздуха в рабочий цилиндр через продувочные окна. Предполагая для всего процесса продувки по-стоянИое давление в ресивере pg, определим необходимое время-сечение продувочных окон. Количество воздуха, вытекающего за время dt:

dG=ixy,fj/fjt; fdt=

Sfdt =

(42)

Это выражение содержит два неизвестных:

Фиг. 27.

1) время-сечение J* fdi, 2)величину гр, зависящую от давления в цилиндре. Для щелевой продувки, задаваясь началом открытия выхлопных окон и определяя начало открытия продувочных окон, тем самым получаем время-сечение для продувки и для всего выхлопа. Определение время-сечения для продувки и выхлопа произведем графически, зная диаметр и ход поршня и отношение длины шатуна к радиусу кривошипа. Для этой цели построим кривую зависимости хода поршня от угла поворота кривошипа с момента открытия выхлопных щелей(фиг.28). По оси абсцисс откладываем угол поворота кривошипа а, а по оси ординат-соответствующий ему ход поршня s (от начала открытия выхлопных щелей), построенный по точкам. Полученная интегральная площадь оШ разбивается на 3 площади: F,F\\F, где F- соответствует время-сечению предварения выхлопа до уравнивания давлеьшя с ресивером, 2(2---Рз)-время-сечению выхлопа за период продувки (учитывая обратный ход поршня), 2-2-время-сечению продувки. Определяя масштабы диаграмм, находим необходимое время-сечепие продувки по указанной площади. Из уравнения (42) определяем значение v>:

у = --д- > (43)

л/ Р А,

V Va

где J.iJ/df (время-сечение продувки). В этой формуле по фиг. 28 известно время-сечение, состояние продувочн. воздуха в ресивере и его количество, которое для машин с отдельным продувочн. насосом берется

a/iJ с избытком в

35-80% против рабочего объема цилшвдра: 9? = 1,35~ 1,80. У двигателя с кривошипно-камерной продувкой ср равно 0,8-0,6. Таким образом, имеем:

(44)

Принимая показатель сжатия в компрессоре