Камера сгорания двигателя — это замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси.

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования ⭐ камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономических показателей и хороших пусковых качеств двигателей. В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

• неразделенные
• разделенные

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже - в головке.

На рисунке показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

Рис. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а - тороидальная в поршне; б - полусферическая в поршне и головке цилиндра; в - полусферическая в поршне; г - цилиндрическая в поршне; д - цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е - овальная в поршне: ж - шаровая в поршне; з - тороидальная в поршне с горловиной; и - цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра; к - вихревая в поршне; л - трапецеидальная в поршне; м - цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

В камерах сгорания, приведенных на рисунке, а-д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаше всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Камеры сгорания, показанные на рис. е-з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рисунке, к-м, находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания

Разделенные камеры сгорания состоят из двух отдельных объемов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно больше, чем у камер неразделенного типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделенными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Однако при разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить качественное приготовление топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Рис. Камеры сгорания дизелей разделенного типа: а - предкамера; б - вихревая камера в головке; в - вихревая камера в блоке

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделенных камер позволяет значительно уменьшить «жесткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» работы двигателей с разделенными камерами сгорания может также обеспечиваться путем повышения температуры отдельных частей камер сгорания.

Камера сгорания двигателя периодического действия

Камера сгорания двигателя - объём, образованный совокупностью деталей двигателя в котором происходит сжигание горючей смеси . Конструкция камеры сгорания определяется условиями работы и назначением механизма; как правило используются жаропрочные материалы . В зависимости от температуры , развиваемой в камере сгорания непрерывного действия, в качестве конструкционных материалов для их изготовления применяют:

• до 500 °С - хромоникелевые стали ;
• до 900 °С - хромоникелевые стали с добавкой титана ;
• выше 950 °С - специальные материалы.

Камера сгорания - это замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания .
Камера сгорания газотурбинного двигателя - устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа).

Класификация

По принципу действия

• Непрерывного действия (для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)).
• Периодического действия (для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС));

Камеры сгорания непрерывного действия в свою очередь класифицируют:
По назначению

• Основные;
• Резервные;
• Промежуточного подогрева;

По направлению потока воздуха и продуктов сгорания

• прямоточные;
• противоточные камеры сгорания (последние применяют редко из-за большого гидравлического сопротивления).

По компоновке

• Встроенные;
• Выносные;

По конструктивных особенностях корпуса и жаровой трубы

• Кольцевые;
• Трубчато-кольцевые;
• Трубчатые;

Камеры сгорания периодического действия в свою очередь класифицируют:
По используемому топливу

• Бензиновые;

По конструкции бензиновые камеры сгорания разделяют:

• • Боковая
  • Центральная
  • Полуклиновая
  • Клиновая
• Дизельные.

По конструкции дизельные камеры сгорания разделяют:

• • Неразделенные (имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива)
  • Разделенные (разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру)

По способу смесеобразования

• • Обьемное (для неразделенных камер сгорания);
  • Пленочное;
  • Комбинированные.

Камера сгорания непрерывного действия

Камера сгорания непрерывного действия относятся к числу важнейших узлов авиационных и космических двигательных установок, специальных и транспортных газотурбинных установок, которые находят широкое применение в энергетике, химической промышленности, на ж.-д. транспорте, морских и речных судах.

Принцип работы

Камера сгорания является узлом газотурбинного двигателя (ГТД), в котором происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси . Для приготовления топливовоздушной смеси в камеру сгорания подводится через форсунки топливо и поступает воздух из компрессора . В процессе запуска двигателя поджог топливовоздушной смеси производится электрической искрой (или пусковым устройством), а при дальнейшей работе процесс горения поддерживается непрерывно вследствие контакта образующейся топливовоздушной смеси с раскаленными продуктами сгорания. Образовавшийся в камере сгорания газ направляется в турбину компрессора.

Устойчивость и совершенство процессов в камере сгорания в значительной степени обеспечивают надежную и экономичную работу газотурбинного двигателя.

Требования, предъявляемые к камере сгорания непрерывного действия

• Устойчивость процесса горения при всех возможных режимах и полетных условиях. Необходимо, чтобы сгорание топлива было непрерывным и не было срыва пламени или пульсационного горения , что может вызвать самовыключение двигателя. В процессе изменения режима работы двигателя и полетных условий изменяется соотношение топлива и воздуха, поступающих в камеру сгорания, т.е. изменяется качество смеси.
• Обеспечение равномерного поля температуры газов перед турбиной. Обычно камеры сгорания имеют несколько форсунок для подвода топлива, поэтому имеется тенденция к получению зон различной температуры на выходе газов из камеры сгорания. Значительная неравномерность поля температур газов может приводить к разрушению турбинных лопаток.
• Минимальная длина факела пламени, т.е. процесс сгорания, должен заканчиваться в пределах камеры сгорания. В противном случае пламя доходит до лопаток соплового аппарата, что может привести к их прогару.
• Надежность в эксплуатации, большой срок службы, удобство контроля и технического обслуживания. Обеспечение длительной и надежной работы камеры сгорания достигается как рядом конструктивных мероприятий, так и строгим соблюдением правил летной и технической эксплуатации. Для максимального выполнения перечисленных требований каждому типу двигателя подбирается соответствующий тип камеры сгорания.

Камера сгорания периодического действия

Камера сгорания работающей на бензине

Бензиновый двигатель с клиновой камерой сгорания

Полусферическая камера сгорания

Конструкции камер сгорания автомобильных двигателей различны. У двигателей с верхним расположением клапанов применяют центральные камеры, а также камеры полуклинового и клинового типов. При нижнем расположении клапанов основной объем камеры сгорания смещен в сторону от оси цилиндра (Г-образная форма); такая конструкция камеры способствует усилению завихрения горючей смеси и улучшает смесеобразование. На современных двигателях широко применяют камеры сгорания полуклинового и клинового типов.

Клиновая камера сгорания - полученная из плоскоовальной наклоном клапанов для получения лучшей формы газовых каналов. Свеча зажигания в этом случае сдвинута в сторону выпускного клапана, движение заряда в камере направлено к свече. У клинообразной камеры сгорания большая часть ее объема сконцентрирована возле свечи, благодаря чему сначала должно сгорать наибольшее количество заряда, а в самой удаленной от свечи зоне камеры сгорания, где имеется опасность детонации, должно находиться сравнительно небольшое количество переохлажденной смеси в зазоре вытеснителя. Такая камера обеспечивает мягкое сгорание и низкие тепловые потери . Жесткость работы двигателя оценивается скоростью нарастания давления, т. е. повышением давления в цилиндре при повороте коленчатого вала на решающее значение имеет участок поворота, соответствующий интервалу между образованием искрового разряда (воспламенение смеси) и ВМТ. Мягким считается процесс сгорания, при котором скорость нарастания давления лежит в пределах 0,2 – 0,6 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала. Уровень шума при работе двигателя зависит также от зазоров между поршнем и цилиндром и между валом и его подшипниками.

Широко применявшаяся ранее полуклиновая камера сгорания претерпевает в настоящее время изменения. Камера такой формы применяется у двигателей спортивных, гоночных автомобилей для достижения высокой удельной мощности. При использовании в головке цилиндра двух распределительных валов и большом угле развала клапанов можно разместить в головке цилиндра клапаны большого диаметра. При этом поверхность камеры сгорания по отношению к ее объему достаточно мала. Обеспечивается также хорошее втекание заряда через клапаны в цилиндр, поскольку ему не препятствуют стенки цилиндра или камеры сгорания. Впускной и выпускной каналы имеют небольшую длину и малую поверхность. Двигатели с такой камерой сгорания имеют довольно высокий КПД .

Камера сгорания дизельного топлива

а - Полусферическая неразделенная камера сгорания для объемного смесеобразования
б – тороидальная неразделенная камера сгорания для объемного смесеобразования
г - Неразделенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования
д - неразделенные камеры сгорания для комбинированного смесеобразования

У дизельных двигателях требования к форме камеры сгорания определяются процессом смесеобразования. Для создания рабочей смеси в них отводится очень малое время, так как почти сразу после начала впрыска топлива начинается сгорание, и остаток топлива подается уже в горящую среду. Каждая капля топлива должна войти в соприкосновение с воздухом как можно быстрее, чтобы выделение теплоты произошло в начале хода расширения.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти все топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5–10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10–15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17–20 МПа.

Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры.

Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счет увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.

Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объеме заряда. На поверхности камеры оседает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40–45 м/с.

Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объеме камеры сгорания, и сближает процесс с объемным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3–5 сопловых отверстий

Камеры сгорания с обьемным смесеобразованием . В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15–30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5–7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15–0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счет кинетической энергии , сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

Требования ко всем камерам сгорания двигателя

Основные требованиями для всех камер сгорания непрерывного действия являются:

• устойчивость процесса горения
• высокая теплонапряжённость
• максимальная полнота сгорания
• минимальные тепловые потери
• надёжная работа в течение установленного ресурса работы двигателя.

См.также

Литература

• Ионин А.А. основная и форсажная камеры сгорания турбореактивного двигателя / Ненишев А.С., Лебедев В.М.. - Омск: ОмГТУ, 2005. - 92 с.

Камеры сгорания дизельных двигателей

Для хорошего смесеобразования одновременно крайне важно правильно сочетать распыливание топлива и движение воздуха в камере сгорания. Это позволит улучшить распределœение топлива в камере и осуществить процесс сгорания при наименьшем количестве воздуха.

Форма камеры сгорания должна:

• соответствовать направлению и дальнобойности струи впрыскиваемого топлива;
• обеспечивать организованное движение потока воздуха, интенсивное перемешивание топлива и воздуха, полное сгорание топлива в короткий период при наименьшем количестве воздуха;
• плавное нарастание давления в цилиндре, умеренное максимальное давление при сгорании и минимальные тепловые потери;
• создавать условия для облегченного запуска двигателя.

По конструкции дизельные двигатели разделяются на две основные категории: с неразделœенными и разделœенными камерами сгорания. Неразделœенные камеры имеют только одно отделœение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива. Разделœенные камеры разделœены на две части: основную и дополнительную, соединœены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру.

По способу различают объёмное, пленочное и комбинированное смесеобразование.

При объёмном смесеобразовании топливо распыливается в объёме камеры сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Объемное смесеобразование осуществляется в неразделœенных камерах сгорания.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти всœе топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5–10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10–15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17–20 МПа. Пленочное смесеобразование по сравнению с объёмным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры. Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счёт увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.

Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объёме заряда. На поверхности камеры осœедает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40–45 м/с. Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объёме камеры сгорания, и сближает процесс с объёмным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3–5 сопловых отверстий.

Камеры сгорания с непосредственным впрыском. В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15–30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5–7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15–0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счёт кинœетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределœения топлива в камере форсунки таких двигателœей часто выполняют с несколькими отверстиями.

На рис. 6.4 показаны камеры сгорания двигателœей с непосредственным впрыском, обеспечивающие объёмное смесеобразование.

Рис. 6.4. Неразделœенные камеры сгорания для объёмного смесеобразования:

а – полусферическая, б – тороидальная

Рис. 6.6. Неразделœенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования:

а – типа дизелœей МАН, б – типа “Гессельман”

Кроме указанной выше, при пленочном смесеобразовании камеру сгорания выполняют тарелкообразной (рис. 6.6б). Струя топлива из форсунки, ввиду малого расстояния, достигает дна камеры и осœедает в виде пленки.

Струи топлива попадают на стенку под острым углом и совершают сравнительно малый путь. На конической поверхности камеры осœедает примерно 50% топлива.

Основное достоинство камер сгорания с непосредственным впрыском по сравнению с камерами других разновидностей состоит в следующем.

1. Простая и компактная форма камеры сгорания обеспечивает меньшие тепловые потери в процессе сгорания и более высокий эффективный КПД.

2. Менее интенсивное охлаждение воздуха в период сжатия (компактность камеры и сравнительно небольшое вихревое движение воздуха) создает условия для облегчения пуска. Время для пуска двигателя с непосредственным впрыском в 1.8–3.6 раза меньше, чем для пуска двигателœей с другими камерами сгорания.

3. Конструкция головки цилиндра упрощается.

Недостатки камер сгорания с непосредственным впрыском состоят в следующем.

1. Смесеобразование происходит при больших давлениях впрыска (до 30 МПа). Это повышает требования к топливоподающей аппаратуре.

2. Процесс сгорания характеризуется значительными давлениями. Скорость нарастания давления при этом высокая. В связи с увеличением нагрузки на кривошипно-шатунный механизм приходится увеличивать запас прочности узлов двигателя.

3. Малые сопловые отверстия распылителя форсунки (0.1–0.25 мм) требуют точного исполнения и при недостаточно очищенном топливе могут засоряться. По этой причине топливо должно очищаться с большой тщательностью. Незначительные отклонения в качестве топлива от нормы ухудшают работу двигателя.

Предкамеры. Предкамерные дизельные двигатели имеют камеру сгорания, разделœенную на две части (рис. 6.8). Основная камера размещается непосредственно над поршнем. Ее объём составляет 0.75–0.60отвсœего объёма камеры сгорания. Предкамера выполняется в головке цилиндра. Она занимает по объёму 0.25–0.40 всœего объёма камеры. Предкамера соединяется с основной камерой одним или несколькими каналами.

При этом сгорает от 20 до 30% впрыскиваемого топлива, что соответствует количеству кислорода воздуха, содержащегося в предкамере.

При сгорании части топлива температура и давление в предкамере повышаются. Горящие газы и несгоревшее топливо устремляются из предкамеры в основную камеру. Здесь сгорание топлива продолжается и заканчивается в процессе расширения.

В предкамерных двигателях интенсивное смесеобразование достигается главным образом за счёт энергии топлива, частично сгоревшего в предкамере. Эта энергия вызывает перепад давления между предкамерой и основной камерой (обычно 1.5 МПа), что создает условия для интенсивного смесеобразования и более тонкого распыления топлива, предварительно распыленного в предкамере.

Смесеобразованию способствует образование вихревых движений воздуха при перемещении его в процессе сжатия из основной камеры в предкамеру. Форсунка таких двигателœей обычно выполняется с одним отверстием.

Вихревые камеры. Двигатели с вихревыми камерами, как и предкамерные двигатели, имеют камеру, разделœенную на две части (рис. 6.9). Основная камера расположена непосредственно над поршнем и имеет сравнительно небольшой объём. Вихревая камера выполнена в головке цилиндра, имеет обтекаемую форму (шара или сплющенного шара) и охлаждается водой. Ее объём составляет от 50 до 75% всœего объёма камеры сгорания. Такой объём позволяет вовлечь в вихревое движение большое количество воздуха. Вихревая камера сообщается с основной посредством горловины.

В период сгорания в вихревой камере резко повышается давление. При этом продукты сгорания и несгоревшая часть топлива устремляются в основную камеру. Здесь процесс сгорания продолжается, заканчиваясь при расширении.

В двигателях с вихревыми камерами для смесеобразования используются главным образом вихревые потоки воздуха, создаваемые в процессе сжатия в вихревой камере. Перепад давлений между камерами сравнительно небольшой (обычно 0.6 МПа). Форсунки у таких двигателœей применяются обычно с одним отверстием. Давление начала подачи составляет 8–10 МПа.

В дизельных двигателях с разделœенными камерами сгорания достигается бездымная работа при малых значениях коэффициента избытка воздуха. Значительно снижаются требования к качеству распыливания топлива, и применяются форсунки закрытого типа с одним сопловым отверстием большого диаметра (1–2 мм). Давление впрыска топлива составляет 12–15 МПа, и обеспечивается мягкая работа двигателя. Эти дизельные двигатели являются наиболее быстроходными из всœех дизелœей.

Основные недостатки раздельных камер сгорания:

Камеры сгорания дизельных двигателей - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Камеры сгорания дизельных двигателей" 2017, 2018.

Как понятно, камеры сгорания должны обеспечивать не только лишь
не плохое смесеобразование, да и получение более больших характеристик
экономичности и пусковых свойств мотора. Выделяются две конструктивных
группы камер сгорания дизельных движков, разделяющихся меж собой не только лишь
конструкцией, да и принципом образования топливной консистенции в камере. Это
разбитые и неразделенные камеры сгорания.

Разбитые камеры сгорания

Такие камеры имеют два соединяющихся с собой канала независящих от объема:

• предкамеру;
• вихревую камеру.

Вихревая камера может размещаться как в головке блока
цилиндров, так и в самом блоке. Охлаждающая поверхность разбитых камер очень
высока. В этой связи движок предрасположен к значимым термическим потерям,
что приводит к понижению пусковых свойств и нехорошему воздействию на фактор
экономичности. Обычно, дизельные движки с разбитыми камерами сгорания
обеспечивают достаточно высшую степень сжатия.

Главным достоинством разбитых камер сгорания является
изготовление фактически идеальной топливной консистенции. Благодаря использованию
кинетической энергии газов за счет перетекания меж полостями камеры,
очень возрастает сгорание горючего и минимизируется дымность выпускной
системы.

К тому же взаимодействие каналов в разбитых камерах
присваивает устойчивость движку при его работе. Существенно понижаются главные
нагрузки на такие принципиальные детали как шатуны, коленчатый вал, поршневые пальцы.
Уменьшить неким образом так именуемую грубость работы дизеля с
разбитыми камерами сгорания можно так же за счет роста температурного
режима определенных областей камер.

Неразделенные камеры сгорания

Неразделенные камеры сгорания в отличиt от разбитых имеют
один только объем и простейшую форму, согласованную с направлением, числом и
размером топливных потоков впрыскиваемого горючего. Такие камеры имеют очень
малозначительные размеры, как следует, имеют маленькую охлаждающую поверхность.
Таким макаром утраты термический энергии в движках с неразделенными камерами
сгорания существенно меньше, чем в движках с разбитыми камерами. Таковой
дизель имеет хорошие пусковые и экономические характеристики.

Формы неразделенных камер сгорания выделяются своим
разнообразием. Более нередко их конструируют в днищах поршней. Но встречается
размещение камер и в головке блока цилиндров, также отчасти в днищах поршней
и отчасти в головке.

Можно разбить неразделенные камеры сгорания дизельных
движков по их принципному конструктивному расположению последующим
образом:

1. Тороидальные в поршне.
2. Полусферические в поршне и головке блока
   цилиндров.
3. Полусферические в поршне.
4. Цилиндрические в поршне.
5. Цилиндрические в поршне с боковым размещением.
6. Округлые в поршне.
7. Шаровые в поршне.
8. Тороидальные с горловиной в поршне.
9. Цилиндрические, образованные с днищем поршня и
   стеной цилиндра.
10. Вихревые в поршне.
11. Трапецеидальная в поршне.
12. Цилиндрические в головке блока цилиндров под
    выпускным клапаном.

В камерах сгорания типа 1, 2, 3,
4, 5 очень высочайшая степень свойства образования топливной консистенции выходит
благодаря топливному распылению и согласованию форм его топливных потоков с
формами камер. В таких камерах сгорания более нередко устанавливают форсунки,
имеющие многодырчатые распылители, дозволяющие управлять формами топливных
потоков, также употребляют удовлетворенное высочайшее давление впрыска. Эти камеры
имеют очень малогабаритные охлаждающие поверхности. Для дизельных движков с
перечисленными типами камер сгорания свойственны низкие характеристики степени
сжатия.

Для камер сгорания типа 6, 7, 8,
9 свойственны более широкие охлаждающие поверхности. Это хоть и некординально,
но все-же сказывается на пусковых качествах мотора. Но же в процессе
вытеснения воздуха, находящегося над поршнем, в камеру сгорания в момент сжатия
создаются потоки вихревого типа, что содействует хорошему смешиванию воздуха
с топливом, образуя достаточно доброкачественную топливную смесь.

Камеры сгорания типа 10, 11, 12
используются не только лишь в дизельных, да и в движках с
возможностью использования различных видов горючего. Соответствующей чертой таких камер
является серьезное направление вихревых потоков, которое содействует испарению
горючего и доставке его с определенной последовательностью в необходимое место
сгорания. Чтоб сделать лучше рабочие характеристики в цилиндрических камерах в головке
блока цилиндров под выпускным клапаном используют высочайшие температуры выпускного
клапана, сразу являющегося стеной камеры сгорания.

Типы камер сгорания
Имеются различные конструкции камер сгорания дизельных двигателей, каждая из которых разработана таким образом, чтобы получить наиболее эффективный вихревой поток. Эти конструкции можно разделить на два основных класса:
* Камера сгорания с прямым впрыском
* Камера сгорания с непрямым впрыском.
В первой конструкции топливо впрыскивается непосредственно у закрытого конца цилиндра, тогда как во второе конструкции топливо впрыскивается внутрь отдельной дополнительной камеры сгорания, которая соединяется с цилиндром посредством небольшого канала.
Прямой впрыск
На рис. 30.2 изображена камера сгорания открытою типа. В течение многих лет камеры сгорания прямого впрыска использовались на тяжелых автомобилях и в слегка модифицированном виде они получили в настоящее время распространение в автомобилях с двигателем с рабочим объемом 2 литра.
Имеющаяся в поршне глубокая выемка содержит воздух, когда поршень находится в ВМТ очень близко к плоской головке цилиндра. Для того чтобы получить требуемую степень сжатия, необходимо наличие верхнерасположенных клапанов. Неглубокие выемки в головке поршня обеспечивают зазоры, необходимые для головок цилиндров.

Неправильная регулировка клапанов приведет к тому, что клапаны будут бить по поршню. Форсунка со многими отверстиями обеспечивает подачу тонко распыленного топлива под высоким давлением (175 бар) в струю быстро движущегося воздуха и немедленное его поступление в выемку поршня (камеру сгорания).
Завихрение образуется в двух плоскостях, вертикальной и горизонтальной. При подъеме поршня воздух заходит непосредственно в выемку и перемещается примерно так, как изображено на рисунке. Когда поршень достигает ВМТ, это движение ускоряется благодаря завихрению поршня между поршнем и головкой. Горизонтальное или вращающееся завихрение может быть получено путем наклона впускного канала по касательной по отношению к цилиндру или путем использования завихрителя на впускном клапане. На рис. 30.2а изображена наиболее распространенная конструкция. Комбинация двух вихревых потоков создает «водоворот» воздуха в выемке и обеспечивает хорошую подачу кислорода в область горения.
Непрямой впрыск
Примерно до середины 1980-х годов двигатели непрямо го впрыска (IDI - InDirect Injection) были наиболее распространенными двигателями, устанавливаемыми на не больших автомобилях. По сравнению с традиционными тяжелыми двигателями прямого впрыска, двигатель непрямого впрыска может работать более равномерно; в таком двигателе можно использовать меньшее давление впрыска, кроме того, этот двигатель обеспечивает больший диапазон оборотов.
Большинство камер сгорания двигателей с непрямым впрыском имеют конструкцию, предложенную фирмой Ricardo Comet, изображенную на рис. 30.3. В этой конструкции имеется вихрекамера, которая соединена с главной камерой при помощи канала, что позволяет работать при температуре более высокой, чем температура окружающего металла.
Воздух нагнетается через горячий канал в вихрекамер во время сжатия, так что в конце этого такта в камере находится очень горячий воздух при высокой степени завихрения. Топливо впрыскивается в эту быстро движущуюся массу воздуха и быстро распыляется на очень мелкие частицы. Это распыление достаточно эффективно даже тогда, когда топливо впрыскивается в виде «мягкой» струи при помощи штифтовой форсунки или набора сопел при относительно низком давлении (около 100 бар).
После инициации горения в вихревой камере горящее топливо вместе с несгоревшим или частично сгоревшим топливом подается в основную камеру сгорания, выполненную в днище поршня. Если увеличивается время впрыска для обеспечения большей мощности двигателя, большая часть топлива, впрыскиваемая в конце периода впрыска, не загорается до тех пор, пока не смешается с воздухом в основной камере. Этим обеспечивается то, что период горения может продол жаться относительно длительное время, пока, в конце концов, не будет достигнута такая стадия, когда топливу не будет хватать кислорода для горения. Начиная с этого места начинается выброс черного смога и появление этого смога указывает на максимальное количество топлива, которое может впрыскиваться без жертвования экономичностью, также максимальную мощность, которая может быть получена от двигателя.

Рис. 30.3
Двухполостная камера сгорания двигателя с воспламенением от сжатия – непрямой впрыск топлива
B двигателе с непрямым впрыском сочетание горячего воздуха и очень тонкого распыления дает малую задержку воспламенения. По сравнению с двигателем с прямым рыском, интенсивность «жесткой» работы двигателя меньше, двигатель работает более равномерно; в таких двигателях можно применять топливо с более низким цетановым числом. Все двигатели с воспламенением от сжатия требуют применения специальных средств для обеспечения холодного пуска. Для запуска холодного двигателя с воспламенением от сжатия обычно бывает впрыск большего количества топлива и наличие большего количества легко воспламеняемых фракций во впрыскиваемой порции, однако большие потери теплоты в двигателях с непрямым впрыском требуют наличия дополнительных средств обеспечения холодного запуска. В сравнении с двигателями с прямым впрыском, в которых используется степень сжатия 16, в двигателях с непрямым впрыском применяется степень сжатия порядка 22, в некоторых случаях до 30.
Кроме обеспечения холодного запуска, высокая степень сжатия необходима также для увеличения термического КПД, то есть экономичности, как и в двигателе с прямым впрыском. Тем самым компенсируются большие потери теплоты, которые имеют место из-за большей площади поверхности камеры сгорания двигателя с непрямым впрыском.
Для обеспечения холодного запуска двигателя с непрямым впрыском используются одно или несколько из следующих дополнительных средств:
1 Запальная свеча - прибор с электрическим нагревом, устанавливаемая в вихрекамере. Воздух в камере нагревается электрическим путем за несколько секунд до запуска холодного двигателя. В настоящее время такие запальные свечи обычно управляются автоматически.
2 Нагреватели коллекторов - электрические устройства, предназначенные для электрического нагрева воздуха, проходящего через впускной коллектор к цилиндрам.
3 Форсунка Пинтокса - штифтовая форсунка с дополнительным отверстием для прямой подачи топлива через специальный канал в камеру сгорания во время проворачивания коленчатого вала двигателя стартером.
Современные двигатели, предназначенные для установки на легковые автомобили
Применение на автомобилях небольших двигателей с воспламенением от сжатия очень привлекательно, поскольку такие небольшие двигатели имеют расход топлива до 40 процентов меньше чем на двигателях с искровым зажиганием аналогичной мощности. Это преимущество еще более привлекательно, если автомобиль используется достаточно интенсивно и экономия на топливе может в таком случае превысить большие начальные расходы на более дорогой двигатель.
Это преимущество, в сочетании с общим подъемом спроса на двигатели такого типа, заставило многих производителем автомобилей обратить большее внимание на малые дизельные двигатели.
В прошлом двигатели с воспламенением от сжатия работали очень шумно и не выдерживали конкуренции с двигателями с искровым зажиганием, но в последнее время в этой области были сделаны большие усовершенствования. Совершенствование формы камеры сгорания и применение глушителей шумов обеспечило уменьшение уровня шума, а путем установки двигателя несколько большего рабочего объема был уменьшен разрыв по мощности с двигателями с искровым зажиганием.