Т РУДЫ
Р. В. ФЕДОРОВ
КРАСНОЗНАМЕННОЙ
ОРДЕНА ЛЕНИНА
ВОЕННО-ВОЗДУШНОЙ
ИНЖЕНЕРНОЙ АНАДЕМИИ
ИМЕНИ ПРОСРЕССООА
не, жановсного
Кинетическое исследование
процесса дизеля
при высоком наддуве
Научно-техническая конференция 1945 г.
Статья 5
СЕКЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выпуск
205
ТРУДЫ
КРАСНОЗНАМЕННОЙ
ОРДЕНА ЛЕНИИ*
воЕННОчиздвшиай
ИНЖЕНЕРНОЙ АКАДЕМИИ
имени профессора
НЕ. ЖЬНОВСНОГО
Кандидат технических наук,
инженер-подполковник Р. В. ФЕДОРОВ
лае!
Z
Кинетическое исследование
процесса дизеля
при высоком наддуве
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ 1945 Г,
Статья 5
СЕКЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выпуск
205
ОГЛАВЛЕНИЕ
Шадейие	3
h Исходные экспериментальные данные. Методики обра-
ботки ...................................	5
г № Результаты эксперимента и анализ полученных данных. 14
IV Заключение.................................31
х пьчгти ,ййА«*~ /947 г. % ьеч.^^Тахт. л. Изд, № 92 Зак. ТвЬ
Тйпс>дир*₽|3й4ад вВИА имейи профе^тора Н- В Жукрвсхого
р>да экспериментальных исходных данных, провести теоретическое по-
строение индикаторной диаграммы’ на участке сгорания.
В настоящей работе, на основе экспериментальных данных, про-
водится кинетическое исследование процесса 4-тактного быстроходного
тмзеля с камерой сгорания тина Гесселыиэн на форсированных режи
мах наддува. Получены исходные данные и значения констант и других
цч| ’метров физико-химического расчета. Проведен сравнительный ана-
опз кинетики процесса сгорания исследуемого с другими двигателями.
il.	ИСХОДНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ.
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
Основными опытными данными при физико-химическом исследо
нации процесса дизеля служат характеристики впрыска топлива и «вди
каторные диаграммы, снятые на соответствующих режимах работы дви-
га геля.
На фш. i представлены, построенные, по опытным данн.^
Н. В. Шми сельского, характеристики впрыска топливной системы типа
Фиг. 1
1. Характеристики впрыска
Впрыск в атмосферу. »	=1000 об/мин. вт=22—28 кг/час.
1
Бош, обеспечивающей топливоподачу на экспериментальном дизеле.
Указанные характеристики были иолучены на специальной уста-
новке при впрыске в атмосферу, для различных часовых расходов топ-
лива - 22—28 кг/час при числе оборотов кулачкового вала топ-
ливного насоса 1000 об/мин.
Диаграммы дают весовую’ подачу топлива в миллиграммах
на 1 градус поворота кулачкового вала насоса’. Диаграммы (а) пока-
зывают процент впрыснутого топлива к данному моменту от всей по-
дачи на цикл.
Из кривых видно, что продолжительность впрыска Д % с увели-
чением подачи увеличивается, относительная скорость впрыска падает.
В дальнейшем закон подачи топлива при работе двигателя принимался
идентичным этим характеристикам. Некоторым обоснованием этого
служат полуденные нами осциллограммы давлений в топливопроводе
у форсунки при впрыске в атмосферу и при впрыске в цилиндр, пред-
ставленные на фиг. 2. Сравнение осциллограмм показывает близкое их-
сходство как по фазе, так и по амплитуде.
Индикаторные диаграммы давления газов в цилиндре двигателя
снимались с помощью индикатора Фарнборо.
Работа двигателя исследовалась:
а)	в зависимости от нагрузки (подачи топлива) при постоянном
давлении наддуза Ря ---- 2,5 кг/см2;
б)	в зависимости от давления наддува при постоянном .часовом
расходе топлива S,-~ 22 кг/час.
В обоих случаях угол опережения впрыска устанавливался так,
чтобы максимальное давление Рг сгорания было равно 115-ти атмос-
ферам. Во всех, опытах сохранялись неизменными: число оборотов ко-
ленчатого вала 2000 в минуту, температура воздуха на всасывании
£# = 135°Ц и отношение давления на всасывании к давлению на вых-
лопе	1,25.
Р-г,
Испытания двигателя проводились на дизельном топливе, имею-
щем: удельный вес при 15°Ц — 0,864; элементарный состав —
Н = 0,138, С — 0,862; кажущийся молекулярный вес 229.
Обработка экспериментальных данных произведена в соответствии
с указанными ниже расчетными формулами и предположениями.
В интересующем нас интервале температур 1000—2500° абс. истин-
ные молекулярные теплоемкости газов, по данным Шюле, равны-.
для двухатомных газов т,Су — 4,82 ф 0,000713 Т;
для Н20	0 = 0,00567 Т — 0.07S;
для С О,	тС* = 7»59 -4- 0,00275 Т.
$ А
Отсюда значение истинной теплоемкости продуктов сгорания ука-
занного топлива, в предположении полного сгорания, в зависимости от
коэфициента избытка воздуха об будет.
л?Су «Лгч-ВгТ ,	(1)
б
0,0353+8^5 ot	(2)
q 03^6 + O,5O8cC
K Z	*0,363QC_	(3
•	fore 0,034-6+O,5O8&C	' f
Коуфиццент остаточных газов ^'принят во всех расчетах равным
0,01. При 	= 1,25, степени сжатия Е = 13,5 и перекрытии клапа-
нов 109е уг.ц поворота кривогьипа величину jf? — следует при-
знать близкой к действительной. Кеэфнциент молекулярного изменения
Фиг. 2
Осциллограммы давлений в топливопроводе у форсунки.
И —2000 об/мин. В^=26 кг/час; (а)—впрыск в цилиндр; (б)—впрыск
в атмосферу.
рабочего заряда уи^за период сгорания принят изменяющимся линейно
отjciy, ~ 1,0 в начале сгорания до jg fp-- в конце сгорания.
Коэфициент молекулярного изменения свежего заряда jgo для данного
топлива равен /Uo~- 1 ~t~
Величины и в уравнении теплоемкости (1) за период сго-
рания также приняты изменяющимися линейно. В начале сгорания, пре-
небрегая смешением воздуха с. 1 % остаточных газов, fl и Вх равны
4,82 и 0.000713 соответственно. В конце сгорания и вт в зависи-
мости от сг определяются по формулам (2) и (3).
При наличии значительного перекрытия клапанов и продувки ка-
меры сгорания, количество воздуха, находящегося в цилиндре к началу
сжатия н участвующего в термодинамическом процессе, не может быть
определено по замеренному расходу воздуха через двигатель. Поэтому
коэфициент наполнения £> подсчитывается из соотношения:
п	1*.	(4)
Lv	Р« "Га
Здесь Ро представляет собой давление неизменного количества газов,
отнесенное к полному объему Va цилиндра, определяемое из соотно-
шения Pci — p(^r-1 . Давление Р и объем V газов, находящихся в ци-
линдре после закрытия впускных клапанов, известны из индикаторных
диаграмм начального участка сжатия, снятых со слабой пружиной при
различном наддуве Рк, которые служат и для определения показа-
теля п .
При подсчете температуры Та по формул©:
а —~
(5)
температура остаточных газов ~г^ принимается равной температуре
выхлопных газов, замеряемой с помощью термопары. Подогрев &t°
заряда от деталей за период наполнения цилиндра, вследствие высокой
температуры воздуха на всасывании, принимается равным нулю.
' Определив коэфициент наполнения (4), количество воздуха в ци-
линдре к началу сжатия и коэфициент избытка воздуха, под-
считываются температура конца сжатия тс (без впрыска топлива) и
текущая температура	с момента воспламенения:
т в_______________	(6)
С 29,27 ^(1+^)
-г т _LJL Р. .	(7)
е^с Рс
Отношение 2 известно из кинематических соотношений, а величины
Р и Рс из индикаторных диаграмм.
8
Тепло Qx, выделяющееся при сгорании топлива, не полностью со-
общается рабочему телу, вследствие потерь тепла в стенки и на дис-
социацию газов. Количество тепла 4^ в/ , сообщенное рабочему телу
иа элементарном участке индикаторнрй диаграммы, согласно первому
закону термодинамики, будет:
dQti-du+siPdv >	(8)
где
du — изменение внутренней энергии газов,
.flPdV — тепло, соответствующее работе газов.
Отсюда
п
в.	(9)
Здесь Q • - количество тёпла, сообщенного рабочему телу, и L - ра-
бота газов от начала сгорания до конца Л -го участка индикаторной
диаграммы; Р: Vj и. Р<+/1Л+у — давления и объемы в начале и
в конце отдельното участка,
— среднее значение показателя адиабаты на участке.
Суммирование, согласно формуле (9), производилось через 5° угла
поворота коленчатого вала вблизи ВМТ и' через 10°, начиная от
У’ — 10е на Линии расширения.
Средние значения показателя адиабаты подсчитываются по
формуле;
* = ’ <‘°>
где Т взято из кривой т — /(У’) Для середины участка (J , j + 1 )
Определяя для ряда углов поворота кривошипа значения

>
^т.ч Ни
П)
получаем зависимость	> выражающую закон сообщения
тепла рабочему телу по углу поворота коленчатого вала. Здесь ~~
количество топлива, поданного в цилиндр за один цикл; Ни — тепло-
творность топлива, Принимаемая равной 10200 кал/кг.
За начало сгорания принимается 'момент, отрыва, линии давлении
на индикаторной диаграмме от линии сжатия ' — расширения без впры-
ска топлива (х- = 0). За конец сгорания усдог -.о принят момент Дости-
жения максимального значения величины фузгкдии £(.<?)• Продол
жительность сгорания определяется углом поворота, кривошипа


В качестве примера на фиг. 3 представлены графики изменения по
углу поворота кривошипа величин давления Р , температуры Т газов
и закона сообщения тепла рабочему телу	< полученные в ре-
зультате обработки индикаторной диаграммы, снятой на режиме
Рн = 2,5 кг/см и oi — 1,9. Здесь же дай закон впрыска топлива, <
Графики изменения величин	зависимости от угла пово-
рота коленчатого вяла Рк=2,5 кг/см^0^1,9.
<о - Эти данные являются исходными при определении кинети-
ческих параметров.
Кинетический анализ процесса сгорания в цилиндре дизеля про-
водится в предположении подчинения процесса суммарным кинетиче-
ским соотношениям; промежуточные звенья химических превращений
из рассмотрения исключаются.
10
Реакция сгорания топлива предполагается бимолекулярной и, сле-
довательно, согласно кинетическим представлениям и теории актива-
ции, подчиняется уравнению:
J2___________ „	___ у, г, р
л ~ dt ~~	в 1'ог е
Здесь Са и Со — мгновенные концентрации топлива и кисло-
рода в цилиндре, К — константа скорости реакции, Х<? — константа
по числу столкновений, fta- - энергия активации, — универсаль-
ная газовая постоянная, 2 — скорость сгорания.
Справедливость приложения уравнения кинетики второго порядка
к химическим преобразованиям, происходящим в процессе сгорания
в дизеле, показана в исследованиях проф. Иноземцева.
Определение интересующих нас параметров, входящих в уравне-
ние (12), проводится следующим образом.
Из индикаторных диаграмм для каждого режима известен закон
сообщения тепла рабочему телу. Потери тепла в стенки и на диссоциа-
цию для каждого момента времени учтены козфициентом использова-
ния тепла реального процесса
¥ ~ _±Л_ ,
(13)
где
—-— — доля тепла сгоревшего топлива относительно
ц.**Ы
всего внесенного Q^^Hu- Коэфициент У' принят линейно изменяющимся
от У7 = 0,95 в начале сгорания (	0) до	в конце сго-
рания	Отметим, что принятое равенство	ко-
менту	равносильно х— 1 или	и означает, что
предполагается полное сгорание всего впрыснутого в цилиндр топлива.
Указанное допущение соответствует действительности лишь в случаях,
когда работа двигателя происходит при значениях коэффициента избытка
воздуха, больших определенной величины, присущей данному двига-
телю, когда неполнотой сгорания можно пренебречь. Из
определяется закон сгорания х =*/(<?)•
d
Относительную скорость сгорания получим из соотношения

с/у> д у> ?
где xj и х^, — значения X #№ начала и конца i , t + f -го уча-
стка кривой	;	Д'? — интервал значений абсциссы участка.
Действительная скорость сгорания-----будет:
dt
(15)
так как
_	9т-.
off cLi juT v
Здесь /лг кажущийся молекулярный вес топлива, £ — время в се
кундах, V— объем.
Конченграция топлива, при известном законе подачи топлива, оп-
ределяется по формуле:
Г —	ё~ЗС.
а р. у	гг
Концентрация кислорода будет:
(16)
C0~0^D9^.^o-
(17)
— теоретически необходимое количество воздуха.
Учитывая основное уравнение кинетики (12), констант}' скорости
химической реакции определяем из соотношения:
К =	 (18)
£ц£о-
&
Значения энергии активации &аи константы по столкновениям
получаем следующим образом. По уравнению Аррениуса для изохор-
ного процесса имеем:
'deqn )
( ciT~/v	(19)
Qa = A,574-T
2 )
(^т 7V
(19'}
Логарифмический температурный коэфициент константы скорости мо-
жет быть представлен:
fdCgn]_ d€ ан dq> fdx 1
{^7v''~dT~
(20)
Члены правой части уравнения (20) определим:
d^an
cl <f>
из графика
— ио относительной скорости сгорания
d<p
else.
соотношения;
<25)
где числитель представляет приращение функции	для соот-
ветствующего участка, а знаменатель — приращение температуры
в.изохорном процессе при сообщении рабочему телу тепла
z- i 1^г~	~ it) du .
Температура Tzv определяется из уравнения.
7 — г +	dи.
Ы 1 7»cv ~ *
• (22)
Здесь Tf — температура в начале рассматриваемого участка;
число молей газов;
- средняя теплоемкость газов к нч-
тервале температур Tf, тг :
/*<Г~ текущее значение коэфициента молекулярного изменения
рабочего заряда.
Значения лщ,
стков.	J “
,dv B-i и 7" взяты для середины каждого из уча-
Определив по уравнению (20)
По известным К и Q учитывая,
величину
что по теории активации
из уравнения
= ко е fiKr
Ко^Квлкг
(23)
определяется константа Н0по столкновениям.



13
III. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И АНАЛИЗ
ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ
На фиг. 4 и 5 представлены совместные графики изменения по
углу поворота кривошипа величин давления, температуры газов, харак-
теристики впрыска и закона сообщения тепла рабочему телу.
i рафики изменения величин Р T^feJn в зависимости от угла
поворота колеич. вал». Рк 2.5 кг/смs B-^vaz
14
i
©иг. 5
Графики изменения величии Р,Т}6, -Х[ в зависимости от угла пово-
рота колени, вала 22 кг/час. Р* = Vai
Кривые JC- ~ £(Ч>) показывают, что продолжительность сгора-
ния обследованных режимов во всех случаях составляет 90—100° угла
поворота кривошипа. Значение величин X; к моменту достижения мак-
симального давления газов в цилиндре при различных нагрузках
(фиг. 4) и при различных наддувах (фиг. 5) составляет всего лишь
25—35%.
Скорость сгорания остальных 65—-75% впрыснутого топлива явно
Недостаточна выделение тепла на линии расширения происходит при
резко снижающемся давлении газов. Эта часть тепла преобразуется
в работу с меньшим к. п. д. за счет уменьшающейся величины степени
15
расширения. При большей скорости сгорания на линии расширения воз-
можно бы по бы, не увеличивая значения Рг, значительно сократить
общий период сгорания и увеличить эффективность цикла. Так, напри-
'.кр, для режима рк = 2,5 кг/см2, об == 1,6 и рв — 115 кг/см2, но
при сгорании, обеспечивающем постоянство давления в цилиндре с мо-
мента, когда оно достигло своего максимального значения, ориентиро-
вочные подсчеты показывают, что удельный индикаторный расход
C't — 149 г/л. с. ч. может быть уменьшен на 6—8%.
На фиг. 6 представлены графики изменения ряда* физико-химиче-
ских параметров процесса за период сгорания в зависимости от угла
поворота коленчатого вала, полученные на основании данных испыта-
ний исследуемого двигателя на режиме Рн — 2,5 кг/см2 и <*-- 1,9.
Величина константы скорости реакции К,определяющая скорость
химического превращения, увеличивается за период сгорания,, подчи
няясь экспоненциальному закону, что указывает на возможность более
быстрого протекания реакции к концу процесса сгорания, если бы кон-
центрации кислорода и топлива СОг и Св имели неизменные значения.
График EgK—f(<p) представляет прямую линию. Закон изменения ве-
личины К для рассматриваемого режима определяется уравнением
/V. 1260 е?о4з74у	124)
где ср — угол поворота кривошипа в градусах от начала сгорания
(л = 0). Значение констант скорости химической реакции за время
сгорания по К. Нейману определяются из соотношения
X = 713 e°}osssV
(25)
По данным Н. В. Иноземцева, можно получить в среднем
Н = 5000 е°уо78£^
(26)
Для начала сгорания константа по числу столкновений Ко равна
20000 м3/моль.сек. Значение Ко в конце сгорания, равное 1012, дости-
гает величины соответствующей реакции между простыми газами. Бы-
строе увеличение константы по числу столкновений позволяет заклю-
чить, что гетерогенные реакции, преобладающие вначале, по мере раз-
вития сгорания,,уступают место гомогенным реакциям.
Величина энергии активации Q. а в начале процесса составляет
6,5 тысяч калорий на моль. К концу сгорания значение Q а равно
60.000. Рост величины Qa, наблюдающийся в процессе сгорания, пока-
зывает, что, по мере развития процесса, осуществление реакции требует
все большей энергии активации как вследствие изменения условий про-
текания реакций, так и по причине изменения характера происходящих
преобразований.
Сравнивая полученные результаты как на режиме Рк= 2,5 кг/см2
и о^-.~ 1,9, так и на других режимах (см. ниже) с данными исследова-
1G
Фиг. 6
с
Графики изменения величин ЛГ,СВ , Сцг	}	’ &а
в зависимости от угла поворота коленчатого вала /^--2,5 кг/см2,
0^-1,9.
ний проф. Иноземцева и Неймана, представленными на фиг. 7, 8, можно
заключить, что характер изменения всех кинетических параметров со-
храняется, несмотря на резкое различие конструкций камер сгорания,
быстроходности двигателей и режимов работы. Однако, численные зна-
чения некоторых физико-химических параметров процесса, как и сле-
довало ожидать, весьма сильно отличаются друг от друга.
В таблице 1 для исследуемого двигателя У-134 и двигателей
Дейтц и ЮМО-IV приведены данные максимальных скоростей сгори
2 Р. В. Федоров
Ниевенит Институт ГВФ 7
БИБЛИОТЕКА
л 6^.
17
Графики изменения величин 6,X,Cs,COg	>rttyK,^0,0- л
в зависимости от угла поворота квлекч. вала (по данным Инозем-
цева) ^-1,32 кг/см2,©£=1,3,П== 1700 об/мин. двиг. ЮМО-IV.
Таблица 1
Двига- тель	Режим	. ,1мдль Ъ	- [мопЬ ] I UJg[	J I	Imo м3 J	'aSc	J M3 1
		HL. |				
						‘[мр/1Ь>се1<1
Дейтц	Г)- 300 об/мин. рС-2,12	0,11	1,1.10-3	7,5.10-2	1200	1350
ЮМО-IV	I? 1700 об/мин. об -= 1,3 Рк=1,32 кг/см2 Л =2000 об/мин. об = 1,9 2,5 кг/см2	2,7	1,87.10-3	10,2.10-3	1650	141C0
У-134 18		1.06 1	2,12.10-3	13,2.10-2	1650	3800
у
Фиг. 8.
Графики изменение величин ё,Х> Сд , СО£ , —, Т, .,£^ХО, О.а
в зависимости от угла поворота колени. вала (чб данным Неймана).
Всасывание из атмосферы, 2,12^0—300 об мин, двиг. Дейтп
ним, а также величин концентраций топлива и кислорода, температуры
и константы скорости реакции, соответствующие этому моменту
времени
Максимальная скорость сгорания £-
-—£) в двигателе ЮМО-IV
сг Г /тах
в 25 раз больше максимальной скорости сгорания в двигателе Дейтц.
Тихоходногть последнего, меньшая температура газов, а отсюда и
меньшее значение константы скорости, меньшие концентрации кисло-
19
рода и топлива объясняют столь резкое различие в величине макси-
мальной скорости сгорания, так как все указанные факторы действуют
в направлении уменьшения скорости сгорания. Учитывая большее число
оборотов двигателя У-134, большие концентрации при равных темпера-
турах газов, следовало бы ожидать, что и максимальная скорость сго-
рания будет больше, чем у двига'теля ЮМО. Но и в этом случае'сравне-'
ния скорость	в двигателе ЮМО остается значительно боль-
I * J max
шей, как видим из таблицы, — примерно в 2,5 раза. Объяснение этому
следует искать в увеличении в 3,5 раза константы скорости реакции
Величина последней, отражая различие в условиях при сгорании топ-
лива в этих двух двигателях, одновременно указывает, что особенно-
сти, присущие процессу двигателя ЮМО, оказывают резкое влияние на
увеличение скорости химических превращений.
Как показали исследования проф. Иноземцева, значение констан-
ты скорости реакции находится в прямой зависимости от тонкости рас-
пиливания топлива. Однако, в условиях проводимого сравнения вели-
чин К этот фактор существенного различия в их значениях, повнди-
мому, дать не сможет, так как впрыск топлива в обоих случаях, как
показывают опытные данные, производится при давлениях в топливопро<-
воде у форсунки одного и того же порядка: 500—600 атмосфер. Вблизи
этого интервала значения давлений, согласно опытам Ли, тонкость и
однородность распиливания мало зависят от величины давления, а, сле-
довательно, влияние имеющихся различий в протекании кривых давлений
распиливания за период впрыска на характеристику распиливания не
может быть значительным.
/ Q 1
Температура газов в двигателе ЮМО Гв момент (-тут/ • как
I 4Z Г Jrnax
уже указывалось, имеет ту же величину, что и в двигателе У-134 и,
следовательно, значение К должно быть таким же. Однако, величина
константы скорости реакции продолжает оставаться большей в соответ-
ствующие моменты в течение всего периода сгорания не только "на но-
минальном, но даже и на режиме 1400 об/мин., при испытаниях
ЮМО-IV по винтовой характеристике, когда и давление распиливания
и температура газов в цилиндре значительно снижаются. Следователь-
но, основным фактором, обусловливающим более высокие, значения кон-
станты скорости реакции в двигателе ЮМО-IV, следует считать интен-
сивное завихрение газов, обеспечивающее высокое качество смесеобра-
зования и скорость сгорания.
Рост константы скорости реакции, при увеличении интенсивности
вихревого движения газов, объясняется тем, что. вследствие механиче-
ских перемещений масс воздуха и топлива происходит уничтожение
местных переобогащений и переобеднений смеси; кислород подводится
к частицам топлива или к продуктам неполной реакции, перемешанным
с продуктами сгорания; капельки топлива и паров его равномерней
распределяются в объеме сгорания. Наряду с выравниванием концен-
траций топлива и кислорода, ускоряются процессы теплопередачи и
испарения. В результате, при тех же численных значениях концентра-
ций, входящих в уравнение
dt
20
за счет изменившихся действительных условий, скорое 1Ь сгорания, а
следовательно, н величина К увеличиваются.
Сравнение процессов сгорания на базе кинетического анализа
в безвихревой и вихревой однополостных камерах в указанных двига-
телях подтверждает благоприятное влияние организованного вихревого
движения газов на процесс ci орания.
О значении организованного вихревого движения в цилиндре
дизеля для интенсификации процесса смесеобразования и сгорания не-
однократно высказывался в своих работах проф. Мелькумов.
Проф. Иноземцев в своих выводах по исследованию двигателя
IOMO-IV рассматривает вихревое движение в камере сгорания, как
один из положительных факторов создания быстроходных дизелей
с управляемым процессом.
Опыт показывает (двигатели К)МО, Рикардо-Коме г, двигатель
Д-11 проф Мелькумова), что наличие организованного вихря сказы-
вается как в направлении лучшего использования кислорода воздуха
для сгорания* топлива (повышение литровой мощности), так и в направ-
лении сокращения общего периода сгорания (улучшение экономично-
сти). Степень использования воздуха	для лучших вихревых
камер сгорания достигает величины 0,75. При таких же значениях удель-
ного индикаторного, расхода для безвихревой камеры типа Гессельман
коэфициент у? S' 0,6
На фиг. 9 представлены графики Р. Т.	м ~
полученные в результате обработки индикаторной диаграммы
двигателя Д-11. Диаграмма снималась на режиме Л-- 1850 об/мин.
и Ы. = 1,97. Камера сгорания дизеля Д-11 одиополостная, с вихревым
движением, полученным прн всасывании воздуха.
На фиг 10 дано изменение относительных величин тепла сгорания
X в зависимости от угла поворота коленчатого вала и отношения —j—
для двигателей ЮМО, У-134 и Д-11. Все эти двигатели имеют пример-
но одинаковое число оборотов. В таблице 2, полученной на основа-
нии графиков фиг. 10, приведены значения величин относительных ско-
ростей сгорания, продолжительности сгорания 50% и 90% впрыснутого
топлива и общей продолжительности сгорания в градусах угла пово-
рота коленчатого вала. Сравнение этих данных так же, как и прове-
денный выше кинетический анализ, подтверждает преимущество вихре-
вых камер сгорания.
Необходимо отметить, что увеличению скорости егорання в дви-
гателе Д-11, особенно в начале процесса, способствует отчасти и боль-
шая величина допускаемой степени повышения давления Л == 1.73.
Однако, как это видно на примере двигателя ЮМО-IV и при малых Л
процесс сгорания в случае организованного движения газов рказы-’
вается более совершенным.
Результаты исследования двигателя У-134 для режима'
Рк — 2,5 „кг/см2 при различных нагрузках представлены графиками,
фиг. 11—13. Серия-диаграмм (фиг. 6, 11—13) охватывает режимы ра-
„ dx dCg
Графики изменения величин г' Г, а<; ,	~~ dt
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
Всасывание из атмосферы cZ =i,97f П —1850 об/мин. Двиг. Д-11.
Таблица 2
Двигатель* режим	(аСм	АХ А <Р на уч-ке Х=0’}Х*О£	АХ на уч-ке x-o;x=o,s	лх АС/> на уч-ке x~o;x-ip		х=09	x=tp
ЮМО-IV П= (700 об/мин о(=1,3 й. 1.32 кг/см2 1.25	0,062	0,0357	0,024		14	37	56
У-134 h—2000 об/мин о^==1.9 й,=2.5 кг.'см2 Х=1,45	0,025	0,0167	0,015	0,01	30	60	100
Д-11 П=- 1850об/мин. o4.-l.97 А=1,7-3	(’,0636	0,0357	0,0196	0.0153	11	46	66
22
Фиг. 10.
Графики изменения величины X в зависимости от угла поворота
колет, вала и отношения —1——.
боты, соответствующие диапазону изменения коэфициента избытка воз-
духа	1,9—1,51.
Характер изменения физико-химических параметров сохраняется,
и их абсолютные величины, в соответствующие периоды сгорания, раз-
личаются незначительно. * В начале	сгорания, в среднем
Qe = 6500 кал/моль, — 3,05 (из прямых	и
4,5. Для конца	сгорания	(к моменту X = 0,95)
Qg»60000 кал/моль; CtjK — 4,75 и	^>3-
С увеличением нагрузки концентрация топлива увеличивается,
концентрация кислорода уменьшается; это расхождение становится
23
Графики изменения величин
•х»Са , Со% &	}Т,	г &<з
в зависимости от угла поворота коленч. вала,
Р.р*'2,5 кг см2, 1,75
* ' ’ »
заметным но второй половине процесса. Диаграммы ряда величин, от-
вечающие большим нагрузкам, располагаются правее полученных при
меньших нагрузках, что следует объяснить более вялым, растянутым
сгоранием при меньших коэфициентах избытка воздуха с переносом
сгорания все большей доли топлива к концу процесса. Это отчетливо
видно из фиг. 1-4, где представлены графики для двух крайних нагрузок
двигателя при работе его с наддувом 2,5- кг/см2.
Здесь же даны диаграммы изменения логарифмического темпера-
турного коэфициента константы скорости изохорного процесса
24
фиг. 12
de
Графики изменения величин ё,Л,Св , COjl	Г>	&а
в зависимое!и ст угла поворота коленч. вала.
R. -2.5 кг/см* .0^1,57.
- Цд
и коэфициента выхода реакции	х/(*?)• Как и сле-
довало ожидать, характер изменения этих параметров аналогичен со-
ответственно	и	•
25
_	.	do
Графики изменения величин б,Х,Св,СОг '>	,^й
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
Рм =2,5 кг/см2ло^=1,51.
Диграммы фиг. 6 и 15—17 показывают изменение ряда парамет-
ров за период сгорания при Рк — 1,75—2,5 кг/см2 при постоянных ча-
совом расходе топлива, числе оборотов вала и максимальном давлении
сгорания (115 кг/см2). Коэфициент избытка воздуха изменяется в пре
делах с>С — 1,3—1,9.
По мере уменьшения наддува, а, следовательно, — что важно
подчеркнуть, — увеличения опережения впрыска и периода запаздыва-
ния воспламенения, закономерность изменения величин Qa, воио и
26
Фиг, 14.
Графики изменения величин	,S^H0, Qa,
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
Р^2,5 кг/с л\ 0^1,51 и !,!»-
особенно £ок все более нарушается. На некотором участке в начале
периода сгорания, тем большем, чем больше величина периода запаз-
дывания воспламенения, экспериментальные точки величин
выпадают из линейной закономерности. Однако с момента, когда на
характер процесса- сгорания перестают воздействовать факторы, свя-
27
занные с периодом запаздывания воспламенения, протекание функции
имеет попрежнему линейный закон.
Наблюдаемое увеличение константы скорости реакции, а отсюда
и скорости сгораний при меньших наддувах в начале процесса, нахо-
дится в полном соответствии с увеличением периода запаздывания вос-
пламенения, а следовательно, и более глубокой физико-химической под-
Фиг. 15
о1ся о
1 IMpHXH изменерпп величин gtx, Ся	.
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
готовкой топлива к воспламенению. В результате этого в начальной
стадии процесса сгорания, невидимому, имеют место столь резкие из-
менения в характере происходящих в цилиндре преобразований и на-
правление их таково, что, несмотря на рост температуры по мере сго-
рания, величина константы скорости уменьшается (см. фиг. 15, началь-
ный участок диаграммы
От меченная закономерность протекания функции	огра-
ничивает возможность определения величин энергии активации и кон-
станты по числу столкновений для некоторого начального участка сго-
рания случаями работы двигателя ^при сравнительно малых периодах
запаздывания воспламенения и малых подачах топлива за этот период.
В уравнении (19'), используемом для определения энергии актива-
ции, имеется в виду изменение константы скорости в зависимости лишь
от температуры и поэтому оно для только что отмеченного случая
(фиг. 15) перестает иметь физический смысл, так как величина Qa ста-
новится отрицательной. Отсюда видно, что применение физико-хими-
ческого анализа процесса сгорания, а также получение теоретической
индикаторной диаграммы, близко совпадающей с действительной, при
принятой методике расчетов, в известной мере ограничивается случаями
Фиг. 16
Графики изменения величин	’ ~^г	о
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
^=2,0 кг/см\о^=1,52.
Фиг. 17
Графики изменения величии б, Ж? СВ/ Сд^,—
в зависимости от угла поворота коленч. вала.
а.
управляемого процесса. Кроме этого, следует иметь в виду, что, как
уже указывалось ййше, метод исследования й расчета применим лишь
к случаям работы двигателя" при коэфндиентах избытка воздуха, обес-
печивающих достаточно* полное сгорание.
30
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
е На основании результатов опытов на быстроходном дизеле с ка-
мерой Сгорания типа Гессельман были проведены кинетическое иссле-
дование процесса сгорания и сравнительный анализ полученных зави-
симостей с данными других исследований.
Установлено, что:
1.	Закономерность изменения величин константы скорости реак-
ции К» константы по числу столкновений Ко и энергии активации Q_
в исследованных двигателях дизеля имеет общий характер независимо
от быстроходности, конструктивных особенностей и режима работы.
Исключением является случай малоуправляемого процесса.
2.	Сравнение процессов сгорания на базе кинетического анализа
в безвихревой и вихревой однойолостных камерах сгорания подтверж-
дает преимущества вихревых камео. Применение организованного вих-
ревого движения воздуха являете», одним из путей улучшения процесса
быстроходного дизеля шт-ряду важных показателей.
3.	Полученные в исследованном двигателе в условиях высоких
давлений наддува значения параметров	составляют
в среднем соответственно, для начала сгорания- б500 кал/моль; 3,05;
4,5; для конца сгорания (к моменту X. в» 0.95) — 60000 кал/моль;
4,75; 12,5.*
4.	Применение физико-химического анализа процесса сгорания и
получение теоретической индикаторной Диаграммы, близко совпадаю-
щей на участке Сгорания с действительной, при понятой методике рас-
четов, в известной мере ограничивается случаями работы двигателя на
режимах, обеспечивающих полное! сгорание топлива, и при условии
осуществления процесса с малым относительно периода впрыска перио-
дом запаздываний воспламенения.
г . итут ГБФ ]
БИБЛИОТЕКА
№__
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
J. Н. В. Иноземцев — Исследование и расчет рабочего про-
цесса авиационного дизеля. Оборочгиз, 1941 г.
2.	К- Пойман —Kinetische analyse des Verbrennungs vorgan
gcs in dor Diesel-machine borsch. Ing. Wes. Bd 7. 1936 г. и сб. мо_
нпграф, г. III.
3.	Е. Drcyliaupt— Eine пете Theorie der motorischen Zfind-
vorgiinge aui Grund besonderer inolekular physikallscher Betrachtungen.
Eorsca. Ing. W.-s, 19<0, № 5.
4.	T. M. M e л ь к у м о в —- Теория быстроходного дизеля. Обо-
ронпн. 1914 г.
Т. М. Мелькумов — Опыт экспериментально-теоретическо-
го обоснования авиационного дизеля (докторская диссертация), 1940 г.
6.	Л Д. Ч а р о м с к и й — Рабочий процесс авиационного дизеля.
Труды ЦИАМ, выпуск 17, 1935 года.
7.	Р. В. Федоров — Исследование процесса быстроходного ди-
зеля на форсированных режимах (канд. диссертация), 1945 г.
8.	Н. В. Шмигел некий — Изменение характеристик впрыска
топлива при форсировании бескомпрессорного дизеля по подаче и по
оборотам. Труды ЦИАМ, вып. 60; 1943 г.