Особенности двигателей внутреннего и смешанного сгорания

Одним из общеизвестных методов повышения экономичности тепловых двигателей является повышение максимальной температуры цикла. Для рассмотренных выше поршневых расширительных двигателей существенное повышение температуры парогазовой смеси возможно только при условии решения сложных задач обеспечения жаропрочности и жаростойкости материалов из которых изготавливается двигатель. Поэтому логичным было обращение к двигателям со сгоранием внутри цилиндров — двигателям внутреннего сгорания. Известно, что сгорание топлива в цилиндрах может происходить при постоянном объеме, постоянном давлении или комбинированным путем.

Двигатели внутреннего сгорания, работающие по циклу с подводом тепла при постоянном объеме, потребляют преимущественно хорошо испаряющиеся горючие (обычно бензин) с воспламенением от искры, в отличие от двигателей со сгоранием при постоянном давлении, где используются более тяжелые жидкие горючие (соляровые масла) с воспламенением от сжатия.

ДВС экономичнее поршневых вследствие более высокой температуры начала расширения и более высоких давлений.

Основными недостатками, ограничивающими использование двигателей внутреннего сгорания в торпедах, являются следующие: во-первых, они значительно сложнее по конструкции, главным образом в связи с необходимостью иметь систему пуска; во-вторых, как и в парогазовой расширительной машине, повышение противодавления у них уменьшает индикаторную работу (срезается нижняя часть индикаторной диаграммы) и наполнение цилиндров; в-третьих, имеют низкую надежность запуска.

Для исключения недостатков поршневой машины и ДВС (при сохранении преимуществ) в английских торпедах использован двигатель с подогревательным аппаратом и дополнительной подачей горючего (при избытке окислителя в подогревательном аппарате) в поршневую расширительную машину, где рабочий процесс почти такой же, как и в двигателях внутреннего сгорания.

Указанные двигатели получили наименование двигателей смешанного сгорания. Принцип их работы состоит в следующем. После подогревательного аппарата, куда подается весь окислитель и только часть горючего (горение происходит с большим α), продукты сгорания с избыточным окислителем подаются в расширительную машину. В конце процесса впуска этих продуктов туда же подается остальная часть горючего, которое, сгорая, выделяет дополнительную энергию. Идеальная индикаторная диаграмма имеет в принципе такой же вид, как и для поршневой расширительной машины, с той лишь разницей, что подвод тепла частично происходит при постоянном давлении, а частично при постоянном объеме. Повышение начальной температуры приводит к заметному повышению кпд и уменьшению суммарного расхода компонентов.

Подогревательный аппарат делается небольшого размера, так как он выполняет фактически лишь функцию пускового приспособления, а рабочее тело окончательно приготавливается в цилиндре поршневой машины.

Основными трудностями при осуществлении рабочего процесса таких двигателей являются, во-первых, неравномерное перемешивание окислителя с продуктами сгорания перед входом в поршневую машину, во-вторых, ненадежное зажигание рабочей смеси внутри цилиндра в один и тот же момент и, как следствие этого, неустойчивое протекание рабочего процесса. Однако тот факт, что в двигателях со сгоранием в подогревательном аппарате и в цилиндрах используются только два энергокомпонента (горючее и окислитель) и не требуется третьего компонента (вода), дает этим двигателям дополнительные преимущества перед поршневыми расширительными машинами.