Камери згоряння У сучасних бензинових двигунах з верхнім розташуванням клапанів переважно використовуються камери згоряння наступних типів: напівсферичні, полісферичні, клинові, плоскоовальні, грушоподібні, циліндричні. Існують змішані варіанти камер згоряння. Форма камери згоряння визначається розташуванням клапанів, формою днища поршня, розташуванням свічки, інколи ж і двох свічок запалювання, наявністю витискувачів. При проектуванні двигуна з урахуванням застосовуваного палива та заданого ступеня стиснення до камер згоряння пред'являються такі вимоги: забезпечення високих швидкостей згоряння, зниження вимог до октанового числа палива, мінімальних втрат з рідиною, що охолоджує, низької токсичності, технологічності виробництва. Це визначається такими умовами:
Компактність камери згоряння;
-Ефективною турбулізацією суміші під час згоряння;
-Мінімальним ставленням площі поверхні
Камери згоряння до робочого об'єму циліндрів. Як зазначалося, одним із способів підвищення ефективного ККД двигуна є збільшення ступеня стиснення. Основною причиною обмеження ступеня стиснення є небезпека появи аномальних процесів згоряння (детонації, калільного запалення, гуркоту та ін.). У сучасних серійних двигунів, що мають досить високі ступені стиснення, подальше їх збільшення дасть порівняно невеликий ефект і пов'язане з необхідністю вирішення низки проблем. Насамперед - це виникнення детонації. Саме вона визначає вимоги до величини ступеня стиснення та форми камери згоряння. Після займання робочої суміші від іскри фронт полум'я поширюється камерою згоряння, тиск і температура в цій частині заряду зростають до 50...70 бар і 2000...2500 С, найбільш віддаленої від свічки частини робочої суміші відбуваються передполум'яні хімічні реакції. При невисокій частоті обертання колінчастого валу, особливо в двигунах з великим діаметром циліндрів, час цих реакцій іноді виявляється достатнім, щоб залишкова частина заряду згоряла з високими швидкостями (до 2000 м/с).
Детонаційне згоряння викликає появу ударних хвиль, що поширюються камерою згоряння з високою швидкістю, викликаючи металеві стуки, іноді неправильно званих стукотом пальців. Ударна хвиля, руйнуючи пристінковий шар газів зі зниженою температурою, сприяє підвищенню тепловіддачі в стінки циліндра, камери згоряння, тарілки клапанів, днище поршня, викликаючи їх перегрів і збільшуючи теплові втрати двигуна. Робота з сильною детонацією призводить до загального перегріву двигуна, погіршення потужності та економічних показників. При тривалій їзді з інтенсивною детонацією починається ерозія стінок камери згоряння, оплавлення і задира поршня, підвищений знос верхньої частини циліндра через зрив масляної плівки, поломка перемичок між канавками поршневих кілець і задира дзеркала циліндра, прогар прокладки головки циліндрів. До факторів, що впливають на вимоги до октанового числа палива, відноситься компактність камери згоряння, що характеризується ступенем наростання об'єму згорілої частини суміші (в % до повного об'єму камери згоряння) у міру видалення умовного фронту полум'я від свічки. Найбільш компактними є напівсферичні, шатрові камери згоряння, що мають знижені вимоги до октанового числа. Однак для підвищення ступеня стиснення до 9,5... 10,5 у напівсферичних або полісферичних камерах іноді доводиться днище поршня робити опуклим, що суттєво погіршує ступінь компактності та відповідно підвищує вимоги до октанового числа, які зростають на 3...5 одиниць. У сучасних двигунах із 4 клапанами в одному циліндрі свічка розташовується в центрі камери згоряння. Це забезпечує максимальний рівень наростання обсягу.
Іншим параметром, що характеризує антидетонаційні якості, є ступінь турбулізації суміші в процесі згоряння. Інтенсивність турбулізації залежить від швидкості та напряму потоку суміші на вході в камеру згоряння. Одним із способів створення інтенсивної турбулізації є збільшення площі витіснювача (об'єму розташованого між днищем поршня і площиною головки циліндрів) з метою турбулізації заряду для збільшення швидкості згоряння. Витіснювачі мають клинові, овальні, грушоподібні камери згоряння. При заміні плоскоовальної камери згоряння на грушоподібну, збільшенні за рахунок цієї площі витіснювача при одночасному зменшенні його висоти на двигунах автомобілів УАЗ вдалося без зміни вимог до ОЧ палива підняти ступінь стиснення на 0,5, за рахунок чого витрата палива зменшилася на 5...7 %, а потужність збільшилася на 4...5%. У двигунів УЗАМ 331 і деяких двигунів вантажних автомобілів (ЗИЛ-508.10) для створення вихрового руху заряду перед впускним клапаном канал виконувався равликоподібним. Однак при високих швидкостях суміші це призводило до збільшення опору і зниження потужностісних показників. Тому останні моделі двигунів УЗАМ випускаються із звичайним впускним каналом. Напівсферичні, полісферичні циліндричні камери згоряння практично не мають витіснювача, тому їх антидетонаційні якості (за індексом детонації) поступаються камерам з витіснювачами. При масовому виробництві двигунів за рахунок відхилення розмірів деталей кривошипно-шатунного механізму та об'єму камери згоряння фактичний ступінь стиснення двигуна однієї моделі може відрізнятись на значну величину (в межах однієї одиниці). Тому для автомобіля однієї і тієї ж моделі часто потрібні бензини з різним октановим числом. Фактичний ступінь стиснення приблизно можна визначити за допомогою компресометра.
А – напівсферична; б - напівсферична з витіснювачем; в – сферична; г - шатрова; д - плоскоовальна; е-клинова; з - циліндрична камера згоряння поршні; ж - напівклинова з частиною камери в поршні;
Камера згоряння
Камера згоряння
замкнутий простір, порожнина для спалювання газоподібного, рідкого або твердого палива двигунах внутрішнього згоряння. Камери згоряння бувають періодичної дії (напр., у поршневих двигунах внутрішнього згоряння, у пульсуючих повітряно-реактивних двигунах) та безперервної дії (напр., у газотурбінних, турбореактивних двигунах, рідинних ракетних двигунах та ін.). У поршневих двигунах камера згоряння зазвичай утворена внутрішньою поверхнею головки циліндра та днищем поршня. Камери згоряння газотурбінних двигунів найчастіше вбудовуються безпосередньо у . Продукти згоряння з камери прямують у газову турбіну. У турбореактивних та рідинних ракетних двигунах продукти згоряння, розганяючись у соплі, встановленому за камерою згоряння, створюють реактивну тягу. Камера згоряння безперервної дії – один із найважливіших вузлів авіаційних та космічних двигунів, енергетичних та транспортних газотурбінних установок, які широко застосовуються в енергетиці, хімічній промисловості, на залізничному транспорті, морських та річкових судах, в авіації та космонавтиці.
Енциклопедія "Техніка". - М: Росмен. 2006 .
Камера згоряння
газотурбінного двигуна - пристрій, в якому в результаті згоряння палива підвищується температура повітря, що надходить в нього (газу). Основна К. с. турбогвинтового двигуна або турбореактивного двигуна розташовується перед турбіною і складається з корпусу 6, що утворює порожнину для жарової труби (труб) 5, всередині якої спалюється , що подається форсунками 2. Передня (вхідна) частина жарової труби - так званий фронтовий пристрій 3, що забезпечує часткове перемішування палива з повітрям та гарячим газом, стабілізацію полум'я, спалювання частини палива. Через отвори в стінках жарової труби в неї вводиться для спалювання решти палива, охолодження продуктів згоряння та формування спільно з газозбірником 7 необхідного температурного поля газів, що надходять у турбіну. Температура продуктів згоряння залежить від коефіцієнта надлишку повітря. 1 гальмує потік повітря до швидкості, що дозволяє здійснити ефективне горіння палива при прийнятних гідравлічних втратах К. с. Запальник (або електрична свічка) служить 4 для початкового запалювання палива. Для охолодження жарової труби застосовують повітряну пелену біля її внутрішньої стінки, що утворюється повітрям, що проходить через дрібні отвори в стінці. Основні До. бувають трьох видів: трубчаста (одна жарова труба розташована в корпусі трубчастого типу), кільцева (одна загальна жарова труба кільцевої форми розташована в кільцевому просторі, утвореному зовнішнім і внутрішнім корпусами), трубчасто-кільцева (жарові труби розташовані в загальному кільцевому просторі та внутрішнім корпусами). До 60-70-х років. застосовувалися головним чином трубчасті та трубчасто-кільцеві К. с., потім стали використовуватися більш компактні кільцеві К. с.
с. другого контуру турбореактивного двоконтурного двигуна та К. с. прямоточного повітряно-реактивного двигуна за принципом дії та пристрою аналогічні форсажній камері згоряння. Роботу К. с. характеризує.
Авіація: Енциклопедія. - М: Велика Російська Енциклопедія. Головний редактор Г.П. Свищев. 1994 .
Дивитись що таке "камера згоряння" в інших словниках:
Замкнений простір, призначений для спалювання палива (газоподібного, рідкого, твердого). Бувають періодичної (напр., у поршневих двигунах внутрішнього згоряння) та безперервної дії (у газотурбінних та реактивних двигунах). Великий Енциклопедичний словник
- - Тут згоряє паливо і штовхає поршень. EdwART. Словник автомобільного жаргону, 2009 … Автомобільний словник
камера згоряння- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN burnerbnrfirebox … Довідник технічного перекладача
камера згоряння- 3.1.26.1 камера згоряння (combustion chamber): Камера, всередині якої відбувається згоряння газоповітряної суміші. Джерело … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
Схема роботи 4 тактного двигуна внутрішнього згоряння Камера згоряння об'єм, утворений сукупністю деталей двигуна або печі (в останньому випадку камера згоряння називається топкою), в якому відбувається спалювання горючої суміші або твердого ... Вікіпедія
камера згоряння Енциклопедія «Авіація»
камера згоряння- основна камера згоряння. камера згоряння газотурбінного двигуна - пристрій, в якому в результаті згоряння палива підвищується температура повітря (газу), що надходить до нього. Основна К. с. турбогвинтового двигуна або турбореактивного двигуна. Енциклопедія «Авіація»
Замкнений простір, призначений для спалювання палива (газоподібного, рідкого, твердого). Бувають періодичні (наприклад, у поршневих двигунах внутрішнього згоряння) та безперервної дії (у газотурбінних та реактивних двигунах). * * * … Енциклопедичний словник
камера згоряння- degimo kamera statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kamera dujoms ar degalams deginti. Degimas викста periodiškai (stūmokliniuose vidaus degimo varikliuose) arba nuolatos (dujų turbinose). atitikmenys: англ. combustion chamber vok. Brennraum, f … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Об'єм призначений для спалювання газоподібного, рідкого або твердого палива. с. бувають періодичної дії для поршневих 2 і 4 тактних двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), і безперервного… Велика Радянська Енциклопедія
Камера згоряння двигуна періодичної дії
Камера згоряння двигуна- Об'єм, утворений сукупністю деталей двигуна в якому відбувається спалювання горючої суміші. Конструкція камери згоряння визначається умовами роботи та призначенням механізму; як правило використовуються жароміцні матеріали. Залежно від температури, що розвивається в камері згоряння безперервної дії, як конструкційні матеріали для їх виготовлення застосовують:
- до 500 °С - хромонікелеві сталі;
- до 900 °С - хромонікелеві сталі з добавкою титану;
- вище 950 ° С – спеціальні матеріали.
Камера згоряння- це замкнутий простір, порожнина для спалювання газоподібного, або рідкого палива двигунах внутрішнього згоряння.
Камера згоряння газотурбінного двигуна- пристрій, в якому в результаті згоряння палива підвищується температура повітря, що надходить до нього (газу).
Класифікація
За принципом дії
- Безперервної дії(Для газотурбінних двигунів (ВМД), турбореактивних двигунів (ТРД), повітряно-реактивних двигунів (ВРД), рідинних ракетних двигунів (ЖРД)).
- Періодичної дії(Для поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВС));
Камери згоряння безперервної дії у свою чергу класифікують:
За призначенням
- Основні;
- Резервні;
- Проміжного підігріву;
У напрямку потоку повітря та продуктів згоряння
- прямоточні;
- протиточні камери згоряння (останні застосовують рідко через великий гідравлічний опір).
По компонуванні
- Вбудовані;
- Виносні;
За конструктивними особливостями корпусу та жарової труби
- Кільцеві;
- Трубчасто-кільцеві;
- Трубчасті;
Камери згоряння періодичної дії у свою чергу класифікують:
За використовуваним паливом
- Бензинові;
За конструкцієюбензинові камери згоряння поділяють:
- Бічна
- Центральна
- Напівклінова
- Клинова
- Дизельні.
За конструкцієюдизельні камери згоряння поділяють:
- Нерозділені (мають лише одне відділення, в якому відбувається і сумішоутворення, і згоряння палива)
- Розділені (розділені на дві частини: основну та додаткову, з'єднані між собою горловиною. При цьому паливо впорскується в додаткову камеру)
За способом сумішоутворення
- Об'ємне (для нерозділених камер згоряння);
- Плівкове;
- Комбіновані.
Камера згоряння безперервної дії
Камера згоряння безперервної дії належать до найважливіших вузлів авіаційних і космічних рухових установок, спеціальних і транспортних газотурбінних установок, які знаходять широке застосування в енергетиці, хімічній промисловості, на ж.-д. транспорті, морських та річкових судах.
Принцип роботи
Камера згоряння є вузлом газотурбінного двигуна (ВМД), в якому відбувається приготування та спалювання паливоповітряної суміші. Для приготування паливоповітряної суміші в камеру згоряння підводиться через форсунки паливо і надходить повітря з компресора. У процесі запуску двигуна підпал паливоповітряної суміші проводиться електричною іскрою (або пусковим пристроєм), а при подальшій роботі процес горіння підтримується безперервно внаслідок контакту паливноповітряної суміші, що утворюється, з розпеченими продуктами згоряння. Газ, що утворився в камері згоряння, направляється в турбіну компресора.
Стійкість та досконалість процесів у камері згоряння значною мірою забезпечують надійну та економічну роботу газотурбінного двигуна.
Вимоги до камери згоряння безперервної дії
- Стійкість процесу горіння за всіх можливих режимів та польотних умов. Необхідно, щоб згоряння палива було безперервним і не було зриву полум'я або пульсаційного горіння, що може спричинити самовимкнення двигуна. У процесі зміни режиму роботи двигуна та польотних умов змінюється співвідношення палива і повітря, що у камеру згоряння, тобто. змінюється якість суміші.
- Забезпечує рівномірне поле температури газів перед турбіною. Зазвичай, камери згоряння мають кілька форсунок для підведення палива, тому є тенденція до отримання зон різної температури на виході газів з камери згоряння. Значна нерівномірність поля температур газів може спричинити руйнування турбінних лопаток.
- Мінімальна довжина смолоскипа полум'я, тобто. процес згоряння повинен закінчуватися в межах камери згоряння. В іншому випадку полум'я доходить до лопаток соплового апарату, що може призвести до їхнього прогару.
- Надійність в експлуатації, великий термін служби, зручність контролю та технічного обслуговування. Забезпечення тривалої та надійної роботи камери згоряння досягається як рядом конструктивних заходів, так і суворим дотриманням правил льотної та технічної експлуатації. Для максимального виконання цих вимог кожному типу двигуна підбирається відповідний тип камери згоряння.
Камера згоряння періодичної дії
Камера згоряння, що працює на бензині
Бензиновий двигун з клиновою камерою згоряння
Напівсферична камера згоряння
Конструкції камер згоряння автомобільних двигунів є різними. У двигунів з верхнім розташуванням клапанів застосовують центральні камери, а також камери напівклинового та клинового типів. При нижньому розташуванні клапанів основний об'єм камери згоряння зміщений у бік осі циліндра (Г-подібна форма); така конструкція камери сприяє посиленню завихрення горючої суміші та покращує сумішоутворення. На сучасних двигунах широко застосовують камери згоряння напівклинового та клинового типів.
Клинова камера згоряння- одержана з плоскоовальним нахилом клапанів для отримання кращої форми газових каналів. Свічка запалювання в цьому випадку зсунута у бік випускного клапана, рух заряду в камері спрямований до свічки. У клиноподібної камери згоряння більша частина її об'єму сконцентрована біля свічки, завдяки чому спочатку має згоряти найбільшу кількість заряду, а в самій віддаленій від свічки зоні камери згоряння, де є небезпека детонації, має бути порівняно невелика кількість переохолодженої суміші в зазорі витіснювача. Така камера забезпечує м'яке згоряння та низькі теплові втрати. Жорсткість роботи двигуна оцінюється швидкістю наростання тиску, т. е. підвищенням тиску в циліндрі при повороті колінчастого валу на вирішальне значення має ділянку повороту, що відповідає інтервалу між утворенням іскрового розряду (займання суміші) та ВМТ. М'яким вважається процес згоряння, у якому швидкість наростання тиску лежить не більше 0,2 – 0,6 МПа на 1° кута повороту колінчастого валу. Рівень шуму під час роботи двигуна залежить також від зазорів між поршнем і циліндром і між валом та його підшипниками.
Широко застосовувана раніше напівклінова камера згоряннязазнає нині зміни. Камера такої форми застосовується у двигунів спортивних, гоночних автомобілів для досягнення високої питомої потужності. При використанні в головці циліндра двох розподільних валів та великому куті розвалу клапанів можна розмістити в головці циліндра клапани великого діаметра. При цьому поверхня камери згоряння щодо її об'єму досить мала. Забезпечується також хороше втікання заряду через клапани в циліндр, оскільки не перешкоджають стінки циліндра чи камери згоряння. Впускний та випускний канали мають невелику довжину та малу поверхню. Двигуни з такою камерою згоряння мають досить високий ККД.
Камера згоряння дизельного палива
а- Напівсферична нерозділена камера згоряння для об'ємного сумішоутворення
б- тороїдальна нерозділена камера згоряння для об'ємного сумішоутворення
г- Нерозділені камери згоряння для плівкового сумішоутворення
д- нерозділені камери згоряння для комбінованого сумішоутворення
У дизельних двигунах вимоги до форми камери згоряння визначаються процесом сумішоутворення. Для створення робочої суміші в них відводиться дуже малий час, так як майже відразу після початку упорскування палива починається згоряння, і залишок палива подається вже в середовище, що горить. Кожна крапля палива повинна увійти до контакту з повітрям якнайшвидше, щоб виділення теплоти відбулося на початку ходу розширення.
Плівкове сумішоутвореннязастосовується в ряді конструкцій камер згоряння, коли майже все паливо направляється в зону пристінок. У центральну частину камери згоряння потрапляє приблизно 5-10% палива, що впорскується форсункою. Решта палива розподіляється на стінках камери згоряння у вигляді тонкої плівки (10-15 мкм). Спочатку займається частина палива, що потрапила в центральну частину камери згоряння, де зазвичай відсутня рух заряду і встановлюється найвища температура. Надалі, у міру випаровування та змішування з повітрям, горіння поширюється на основну частину палива, спрямовану в пристінковий шар. При плівковому сумішоутворенні потрібно менш тонке розпилювання палива. Застосовують форсунки з одним сопловим отвором. Тиск упорскування палива не перевищує 17-20 МПа.
Плівкове сумішоутворення в порівнянні з об'ємним забезпечує кращі економічні показники двигуна, спрощує конструкцію паливної апаратури.
Основним недоліком є низькі пускові властивості двигуна за низьких температур у зв'язку з малою кількістю палива, що бере участь у початковому згорянні. Цей недолік усувають шляхом підігріву повітря на впуску або за рахунок збільшення кількості палива, що бере участь у освіті початкового вогнища.
Комбіноване сумішоутвореннявиходить при менших діаметрах камери згоряння, коли частина палива досягає її стінки і концентрується в шарі пристінок. Інша частина крапель палива розташовується у внутрішньому обсязі заряду. На поверхні камери осідає приблизно 50% палива. При впускі камери не створюється обертального руху заряду. Заряд рухається при витісненні його з надпоршневого простору в камеру згоряння, і створюється вихор. Швидкість руху заряду сягає 40-45 м/с.
Відмінною особливістю від плівкового сумішоутворення є зустрічний рух струменів палива та заряду, що витісняється з надпоршневого простору, що сприяє збільшенню кількості палива, зваженого в об'ємі камери згоряння, та зближує процес з об'ємним сумішоутворенням. Форсунки застосовують з розпилювачами, що мають 3-5 соплових отворів.
Камери згоряння з об'ємним сумішоутворенням. У дизельних двигунах з такими камерами паливо впорскується безпосередньо в камеру згоряння форсункою з робочим тиском 15-30 МПа, що має багатодирчасті розпилювачі (5-7 отворів) з малим діаметром соплових каналів (0.15-0.32 мм). Такі високі тиски впорскування застосовуються з огляду на те, що в даному випадку розпилювання палива і перемішування його з повітрям досягається головним чином за рахунок кінетичної енергії, що повідомляється паливу при впорскуванні. Для рівномірного розподілу палива у камері форсунки таких двигунів часто виконують з кількома отворами.
Вимоги до всіх камер згоряння двигуна
Основними вимогами для всіх камер згоряння безперервної дії є:
- стійкість процесу горіння
- висока теплонапруженість
- максимальна повнота згоряння
- мінімальні теплові втрати
- надійна робота протягом встановленого ресурсу роботи двигуна.
Див. також
Література
- Іонін А.А.основна та форсажна камери згоряння турбореактивного двигуна / Ненішев А.С., Лебедєв В.М.. – Омськ: ОмГТУ, 2005. – 92 с.
Як відомо, камери згоряння повинні забезпечувати не тільки
хороше сумішоутворення, та й отримання більш високих показників
економічності та пускових властивостей мотора. Виділяються дві конструктивні
групи камер згоряння дизельних двигунів, що розділяються між собою не тільки
конструкцією та й принципом утворення паливної консистенції в камері. Це
розбиті та нерозділені камери згоряння.
Розбиті камери згоряння
Такі камери мають два канали, що з'єднуються з собою, незалежних від об'єму:
- передкамеру;
- вихрову камеру.
Вихрова камера може розміщуватися як у головці блоку
циліндрів, так і в самому блоці. Охолодна поверхня розбитих камер дуже
висока. У зв'язку з цим двигун схильний до значних термічних втрат,
що призводить до зниження пускових якостей і негативного впливу на фактор
економічності. Як правило, дизельні двигуни з розбитими камерами згоряння.
забезпечують досить високий рівень стиснення.
Головною перевагою розбитих камер згоряння є
Виготовлення фактично ідеальної паливної консистенції. Завдяки використанню
кінетичної енергії газів за рахунок перетікання між порожнинами камери,
дуже зростає згоряння пального та мінімізується димність випускний
системи.
До того ж взаємодія каналів у розбитих камерах
надає стійкість двигуна при його роботі. Значно знижуються основні
навантаження на такі важливі деталі як шатуни, колінчастий вал, поршневі пальці.
Зменшити якимось чином так звану грубість роботи дизеля з
розбитими камерами згоряння можна також за рахунок зростання температурного
режиму певних областей камер
Нерозділені камери згоряння
Нерозділені камери згоряння на відміну від розбитих мають
один тільки обсяг та найпростішу форму, погоджену з напрямком, числом та
розміром паливних потоків палива, що впорскується. Такі камери мають дуже
Незначні розміри, отже, мають невелику охолоджувальну поверхню.
Таким чином втрати теплової енергії в двигунах з нерозділеними камерами
згоряння значно менше, ніж у двигунах з розбитими камерами. Такий
дизель має гарні пускові та економічні характеристики.
Форми нерозділених камер згоряння виділяються своїм
різноманітністю. Найчастіше їх конструюють у днищах поршнів. Але зустрічається
розміщення камер і в головці блоку циліндрів, а також частково в днищах поршнів
і частково в голівці.
Можна розбити нерозділені камери згоряння дизельних
двигунів за їх принциповим конструктивним розташуванням наступним
чином:
- Тороїдальні в поршні.
- Напівсферичні в поршні та головці блоку
циліндрів. - Напівсферичні в поршні.
- Циліндричні у поршні.
- Циліндричні в поршні із бічним розміщенням.
- Округлі у поршні.
- Кульові у поршні.
- Тороїдальні з горловиною у поршні.
- Циліндричні, утворені з днищем поршня та
стіною циліндра. - Вихрові у поршні.
- Трапецеїдальна в поршні.
- Циліндричні в головці блоку циліндрів під
випускним клапаном.
У камерах згоряння типу 1, 2, 3,
4, 5 дуже високий рівень якості утворення паливної суміші виходить
завдяки паливному розпиленню та узгодженню форм його паливних потоків з
формами камер. У таких камерах згоряння найчастіше встановлюють форсунки,
мають багатодирчасті розпилювачі, що дозволяють управляти формами паливних
потоків, а також використовують задоволений високий тиск упорскування. Ці камери
мають дуже малогабаритні охолодні поверхні. Для дизельних двигунів з
перерахованими типами камер згоряння властиві низькі характеристики ступеня
стиснення.
Для камер згоряння типу 6, 7, 8,
9 властиві ширші охолодні поверхні. Це хоч і незначно,
Але все-таки позначається на пускових якостях двигуна. Але ж у процесі
витіснення повітря, що знаходиться над поршнем, в камеру згоряння в момент стиснення
створюються потоки вихрового типу, що сприяє гарному змішуванню повітря
з паливом, утворюючи досить доброякісну паливну суміш.
Камери згоряння типу 10, 11, 12
застосовуються не тільки в дизельних, але і в двигунах з
можливістю використання різних видів пального. Відповідною рисою таких камер
є серйозний напрямок вихрових потоків, що сприяє випаровуванню
пального та доставки його з певною послідовністю в необхідне місце
згоряння. Щоб поліпшити робочі властивості в циліндричних камерах в головці
блоки циліндрів під випускним клапаном використовують найвищі температури випускного
клапана, що відразу є стіною камери згоряння.
Якщо камера згоряння займає об'єм над усією поверхнею днища поршня, виникає занадто велика поверхня охолодження. Тому прагнуть створити компактну камеру згоряння в зоні свічки запалювання, а над днищем поршня - утворити зазор між ним і поверхнею головки циліндра (згадування раніше зону витіснювача). Цей зазор виконує дві функції – забезпечує компактність та малу поверхню камери згоряння, а до кінця ходу стиснення сприяє створенню інтенсивного руху (турбулізації) заряду в ній.
Г. Р. Рікардо визначив важливість турбулізації заряду вже на початковому етапі розвитку двигунів внутрішнього згоряння. Камера згоряння «Рікардо», застосована у двигунах із бічними клапанами, значно покращила їх параметри. Компактна, розташована над клапанами, мала невелику поверхню відведення теплоти до охолоджуючої рідини, а турбулентність, створювана витискувачем, прискорювала згоряння. Завихрювання гарячого газу біля стінок камери згоряння, хоч і збільшує віддачу теплоти в них, але при цьому дозволяє підвищити ступінь стиснення, що з надлишком компенсує деяке зростання теплових втрат у стінки.
В даний час двигуни внутрішнього згоряння виконуються з клапанами, розташованими в голівці циліндрів, і розподільними валами, розміщеними в блоці циліндрів (схема OHV) або його голівці (схема OHC). Камера згоряння утворена над днищем поршня. Для спрощення механізму газорозподілу клапани найчастіше розташовують на поздовжній осі двигуна і камера згоряння під ними зазвичай виконана ванноподібною. Для полегшення доступу до свічки запалювання іноді вона розташована збоку камери згоряння, а на протилежній стороні свічки між поршнем головкою блоку циліндрів утворений витіснювач. Заряд, що витісняється з нього в кінці стиснення, спрямований до свічки запалювання і збагачує суміш поблизу неї. Такі ванноподібні (плоскоовальні) камери згоряння з невеликими змінами застосовують практично у всіх сучасних двигунів.
Так звана клинова камера згоряння, отримана з плоскоовальним нахилом клапанів для отримання кращої форми газових каналів, показано на рис. 1. Свічка запалювання в цьому випадку зсунута у бік випускного клапана, рух заряду в камері спрямований до свічки. У клиноподібної камери згоряння більша частина її об'єму сконцентрована біля свічки, завдяки чому спочатку має згоряти найбільшу кількість заряду, а в самій віддаленій від свічки зоні камери згоряння, де є небезпека детонації, має бути порівняно невелика кількість переохолодженої суміші в зазорі витіснювача. Така камера забезпечує м'яке згоряння та низькі теплові втрати. Жорсткість роботи двигуна оцінюється швидкістю наростання тиску, т. е. підвищенням тиску в циліндрі при повороті колінчастого валу на Вирішальне значення має ділянку повороту, що відповідає інтервалу між утворенням іскрового розряду (займання суміші) та ВМТ. М'яким вважається процес згоряння, у якому швидкість наростання тиску лежить не більше 0,2 – 0,6 МПа на 1° кута повороту колінчастого валу. Рівень шуму під час роботи двигуна залежить також від зазорів між поршнем і циліндром і між валом та його підшипниками.
Широко застосовувана раніше напівсферична камера згоряння також зазнає нині зміни. Камера такої форми застосовується у двигунів спортивних, гоночних автомобілів для досягнення високої питомої потужності. При використанні в головці циліндра двох розподільних валів та великому куті розвалу клапанів можна розмістити в головці циліндра клапани великого діаметра. При цьому поверхня камери згоряння щодо її об'єму досить мала. Забезпечується також хороше втікання заряду через клапани в циліндр, оскільки не перешкоджають стінки циліндра чи камери згоряння. Впускний та випускний канали мають невелику довжину та малу поверхню. Двигуни з такою камерою згоряння мають досить високий ККД. На рис. 2 наведено приклад класичного виконання напівсферичної камери згоряння.
У сучасних гоночних автомобілів ця камера згоряння значно змінена. Для зменшення сил інерції у клапанному механізмі застосовують чотири клапани в одному циліндрі, що призводить до утворення камери згоряння так званої шатрової форми. У ній можна розмістити одну свічку запалювання безпосередньо на осі циліндра. Для отримання в таких камерах високих ступенів стиснення днище поршня має опуклу форму і в ньому робляться виїмки для клапанів. У зв'язку з цим поршень стає досить масивним, що за чотириклапанному варіанті викликало перехід до шатрової камери згоряння з малим кутом – близько 20° між рядами клапанів. Використання такої камери згоряння забезпечує великий прохідний переріз сідел клапанів, малу масу деталей механізму газорозподілу, придатного для високих частот обертання – до 12000 хв -1, малу поверхню камери згоряння без великих виїмок під клапани та малу масу поршня. Якщо при такій конструкції клапан не закриється, то поршень вдарить по ньому, але не вигне і, отже, не викличе серйозного пошкодження головки дорогої циліндра.
Для двигунів гоночних автомобілів важливим є швидкий процес згоряння, що також забезпечується сильною турбулізацією заряду. При цьому вісь обертання заряду повинна бути паралельна осі колінчастого валу, а вісь впускної труби максимально можливо наближена до осі впускного клапана. На рис. 3 зображено подібну камеру згоряння.
Якщо застосовується напівсферична камера згоряння у двоклапанному виконанні, осі клапанів не повинні перетинатися з віссю циліндра. Найчастіше клапани злегка відхилені від осі циліндра, розташовані у сферичній частині камери та їх поглиблення у поршень у цьому випадку невелике. Під випускним клапаном у днищі поршня робиться невелика виїмка і зазор між поршнем і головкою забезпечує завихрювання заряду, необхідне м'якої роботи двигуна. Класична напівсферична камера згоряння характеризується жорсткою роботою двигуна.
Для спалювання сильно збіднених сумішей розробили кілька нових видів камер згоряння. Здебільшого вони характеризуються прагненням досягти обсягом камери пошарового розподілу заряду з утворенням поблизу свічки запалювання багатої суміші. Часто ці камери мають форму тіл обертання та розташовуються в днищі поршня. Приклад такої камери наведено на рис. 4. Тангенціальне розташування впускного каналу щодо циліндра забезпечує обертання заряду навколо осі циліндра, що посилюється ще більше ВМТ після витіснення заряду з периферії циліндра в камеру, діаметр якої менше діаметра циліндра. Свічка запалювання розташовується у зоні камери, де суміш збагачена. Головка циліндра виконана плоскою, вихід потоку з клапанної щілини не гальмується ні стінкою циліндра, ні стінкою камери згоряння. Відразу після відкривання клапана його перетин відкрито для проходу газового потоку, крім зони поблизу стінки циліндра, проте це має принципового значення, оскільки поворот впускного каналу спрямований у цю сторону.
Поршень з розташованою в днищі камерою згоряння має більшу масу і температура вище, ніж температура стінки камери згоряння, розміщеної в головці циліндра. Останнє викликає погіршення тепловіддачі від газу до головки циліндра та зменшення втрат теплоти у систему охолодження.
Розмір клапана у головці циліндра обумовлений діаметром циліндра. Тарілка клапана не повинна виступати за коло циліндра, тому що при цьому зростає площа охолодження і погіршується очищення циліндра. Великі розміри клапана, крім того, є непрактичними, оскільки значна частина його периметра заступається стінкою камери згоряння.
Збільшення діаметра впускного клапана можна досягти за рахунок зменшення діаметра випускного клапана, який може бути на 15% менше, ніж впускний. У момент відкриття випускного клапана тиск у циліндрі досить високий, і хороше очищення циліндра може бути забезпечене і при зменшеному перерізі клапана. Крім того, у випускного клапана меншого розміру також менше деформація сідла, і він швидше охолоджується.
Клапани найбільших розмірів можна отримати у напівсферичній камері згоряння, у якої діаметр впускного клапана може досягти 0,64 а випускного – 0,54 діаметра циліндра. При меншому розвалі осей клапанів, а також за наявності сідел клапанів у алюмінієвих головок діаметри клапанів на 10% менше наведених вище величин.
