Формы камер сгорания

Виды камер сгорания

Камеры сгорания В современных бензиновых двигателях с верхним расположением клапанов преимущественно используются камеры сгорания следующих типов: полусферические, полисферические, клиновые, плоскоовальные, грушевид- ные, цилиндрические. Существуют смешанные варианты камер сгорания. Форма камеры сгорания определяется расположением клапанов, формой днища поршня, расположением свечи, а иногда и двух свечей зажигания, наличием вытеснителей. При проектировании двигателя с учетом применяемого топлива и заданной степени сжатия к камерам сгорания предъявляются следующие требования: обеспечение высоких скоростей сгорания, снижения требований к октановому числу топлива, минимальных потерь с охлаждающей жидкостью, низкой токсичности, технологичности производства. Это определяется следующими условиями:

—компактностью камеры сгорания;
—эффективной турбулизацией смеси во время сгорания;
—минимальным отношением площади поверхности

камеры сгорания к рабочему объему цилиндров. Как уже отмечалось, одним из способов повышения эффективного КПД двигателя является увеличение степени сжатия. Основной причиной ограничения степени сжатия является опасность появления аномальных процессов сгорания (детонации, калильного зажигания, грохота и др.). У современных серийных двигателей, имеющих достаточно высокие степени сжатия, дальнейшее их увеличение даст сравнительно небольшой эффект и связано с необходимостью решения ряда проблем. Прежде всего — это возникновение детонации. Именно она определяет требования к величине степени сжатия и форме камеры сгорания. После воспламенения рабочей смеси от искры фронт пламени распространяется по камере сгорания, давление и температура в этой части заряда растут до 50...70 бар и 2000...2500 С, в наиболее удаленной от свечи части рабочей смеси происходят предпламенные химические реакции. При невысокой частоте вращения коленчатого вала, особенно в двигателях с большим диаметром цилиндров, время на эти реакции иногда оказывается достаточным, чтобы остаточная часть заряда сгорала с высокими скоростями (до 2000 м/с).

Детонационное сгорание вызывает появление ударных волн, распространяющихся по камере сгорания с высокой скоростью, вызывая металлические стуки, иногда неправильно называемых стуком пальцев. Ударная волна, разрушая пристеночный слой газов с пониженной температурой, способствует повышению теплоотдачи в стенки цилиндра, камеры сгорания, тарелки клапанов, днище поршня, вызывая их перегрев и увеличивая тепловые потери в двигателе. Работа с сильной детонацией приводит к общему перегреву двигателя, ухудшению мощностных и экономических показателей. При длительной езде с интенсивной детонацией начинается эрозия стенок камеры сгорания, оплавление и задиры поршня, повышенный износ верхней части цилиндра из-за срыва масляной пленки, поломка перемычек между канавками поршневых колец и задиры зеркала цилиндра, прогар прокладки головки цилиндров. К числу факторов, влияющих на требования к октановому числу топлива, относится компактность камеры сгорания, характеризуемая степенью нарастания объема сгоревшей части смеси (в % к полному объему камеры сгорания) по мере удаления условного фронта пламени от свечи. Наиболее компактными являются полусферические, шатровые камеры сгорания, имеющие пониженные требования к октановому числу. Однако для повышения степени сжатия до 9,5... 10,5 в полусферических или полисферических камерах иногда приходится днище поршня делать выпуклым, что существенно ухудшает степень компактности и соответственно повышает требования к октановому числу, которые возрастают на 3...5 единиц. В современных двигателях с 4 клапанами в одном цилиндре свеча располагается в центре камеры сгорания. Это обеспечивает максимальную степень нарастания объема.

Другим параметром, характеризующим антидетонационные качества, является степень турбулизации смеси в процессе сгорания. Интенсивность турбулизации зависит от скорости и направления потока смеси на входе в камеру сгорания. Одним из способов создания интенсивной турбулизации является увеличение площади вытеснителя (объема расположенного между днищем поршня и плоскостью головки цилиндров) с целью турбулизации заряда для увеличения скорости сгорания. Вытеснители имеют клиновые, овальные, грушевидные камеры сгорания. При замене плоскоовальной камеры сгорания на грушевидную, увеличении за счет этого площади вытеснителя при одновременном уменьшении его высоты на двигателях автомобилей УАЗ удалось без изменения требований к ОЧ топлива поднять степень сжатия на 0,5, за счет чего расход топлива уменьшился на 5...7%, а мощность увеличилась на 4... 5%. У двигателей УЗАМ 331 и у некоторых двигателей грузовых автомобилей (ЗИЛ-508.10) для создания вихревого движения заряда перед впускным клапаном канал выполнялся улиткообразным. Однако при высоких скоростях смеси это приводило к увеличению сопротивления и соответственно снижению мощностных показателей. Поэтому последние модели двигателей УЗАМ выпускаются с обычным впускным каналом. Полусферические, полисферических цилиндрические камеры сгорания практически не имеют вытеснителя, поэтому их антидетонационные качества (по индексу детонации) уступают камерам с вытеснителями. При массовом производстве двигателей за счет отклонения размеров деталей кривошипно-шатунного механизма и объема камеры сгорания фактическая степень сжатия двигателя одной модели может отличаться на значительную величину (в пределах одной единицы). Поэтому для автомобиля одной и той же модели часто требуются бензины с разным октановым числом. Фактическую степень сжатия приблизительно можно определить при помощи компрессометра.

а — полусферическая; б — полусферическая с вытеснителем; в — сферическая; г — шатровая; д — плоскоовальная; е -клиновая; з — цилиндрическая камера сгорания в поршне; ж — полуклиновая с частью камеры в поршне;

Общие знания о двигателях внутреннего сгорания
Улучшение технических характеристик двигателя
Тюнинг автомобилей

на главную 0-100 км/ч 0-100

zero-100.ru

Камера сгорания — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 июля 2013; проверки требуют 14 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 июля 2013; проверки требуют 14 правок. Анимированная схема работы 4-тактного двигателя внутреннего сгорания

Камера сгорания — объём, образованный совокупностью деталей двигателя или печи (в последнем случае камера сгорания называется топкой) в котором происходит сжигание горючей смеси или твёрдого топлива. Конструкция камеры сгорания определяется условиями работы и назначением механизма или печи в целом; как правило используются жаропрочные материалы.

Камера сгорания — устройство, предназначенное для организации процесса горения ТВС.

Типичная схема[править | править код]

Горячий газ занимает гораздо больший объем, чем горючая смесь, поступающая на вход в двигатель. Тем самым создаётся дополнительное давление, которое может двигать поршень или вращать турбину. Энергия также идёт на создание дополнительной тяги при выходе газа из сопла.

Стехиометрическая камера[править | править код]

Форсажная камера[править | править код]

Для увеличения тяги в турбореактивном двигателе за турбиной можно поместить вторую, т. н. форсажную камеру сгорания, в которой газ может нагреваться до такой же температуры, как и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Форсажная камера представляет собой цилиндрическую трубу с соплом регулируемого сечения на выходе.

Камера сгорания — один из самых сложных элементов конструкции двигателя. В настоящее время она должна удовлетворять следующим десяти требованиям:

Высокое значение коэффициента полноты сгорания η, равного отношению энергии, выделяющейся при сжигании 1 кг топлива к теплотворной способности топлива. Типичные значения η — 0,98..0,99.
Малые потери полного давления δ=p1∗−p2∗p1∗⋅100%{\displaystyle \delta ={\frac {p_{1}^{*}-p_{2}^{*}}{p_{1}^{*}}}\cdot 100\%}, так как это ведет к уменьшению тяги. Типичные значения δ: 3% (противоточные камеры), 6 % (прямоточные), 8 % (двухконтурные двигатели).
Малые габариты камеры для облегчения веса. При этом длина камеры обычно в 2—3 раза больше высоты.
Обеспечение широкого диапазона изменения параметров (расхода воздуха, топлива) — обеспечение возможности работать на разных режимах: 2≤α=GairL0Gfuel≤50{\displaystyle 2\leq \alpha ={\frac {G_{air}}{L_{0}G_{fuel}}}\leq 50}, где L₀ — стехиометрический коэффициент (количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, принимается ≈0,1488).
Обеспечение заданной эпюры распределения температуры в выходном сечении камеры при минимальной неравномерности этой температуры в окружном направлении (при большой степени неравномерности может сгореть сопловой аппарат).
Надёжный запуск камеры при температурах до −60 °С, в том числе полётный запуск на высоте 7 км.
Малая дымность отработанных газов (для визуальной незаметности).
Концентрация токсических веществ в выхлопных газах на срезе сопла не должна превышать нормы ИКАО — более важное требование. Наиболее существенные концентрации у веществ CO, C_nH_m, NO_x.
Отсутствие вибрационного горения (автоколебаний).
Определённый срок службы (минимально 4000 часов до ремонта, 20 000 часов всего — это порядка 2 лет).

Камеры сгорания в поршне дизельного двигателя (варианты)

В течение короткого цикла двигателя должно происходить не только сгорание, но и предварительное приготовление горючей смеси (за исключением устаревших карбюраторных моторов). Поэтому форма камеры сгорания, размещение форсунки и клапанов/окон должно обеспечивать как приготовление смеси, так и её сгорание с минимальными теплопотерями в стенки. Кроме того, важно соблюдение экологических норм.

В искровых моторах камера сгорания может быть шатрового, полусферического, линзовидного, клинового, и более редких типов. Движение фронта пламени должно обеспечивать примерно одинаковую скорость сгорания, чтобы работа двигателя не была "жёсткой". Из соображений детонационной стойкости путь пламени должен быть кратчайшим, а последняя порция смеси не должна располагаться в зоне выпускных клапанов. В системах с расслоением заряда повышение детонационной стойкости достигают обеднением последней сгорающей порции смеси.Камера должна быть компактной, чтобы уменьшить теплоотдачу в стенки. Подача топлива - через карбюратор, в коллектор, прямой впрыск в цилиндр.

В моторах с воспламенением от сжатия форма камер более разнообразна, определяется выбранным методом смесеобразования (испарения топлива). Это может быть вихрекамера или предкамера в головке блока, либо камера в поршне. Смесеобразование - плёночное, объёмно-плёночное, объёмное. Метод впрыска - только прямой. В последнее время эффективная система Common rail значительно улучшило показатели двигателей с объёмным смесеобразованием, так что разнообразие камер сократилось.

Ракетный двигатель, Двигатель внутреннего сгорания

Михайлов А.И. и др. Рабочий процесс и расчет камер сгорания газотурбинных двигателей: Труды Московского ордена Ленина авиационного института имени Серго Орджоникидзе, вып.106. — М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1959.

ru.wikipedia.org

Классификация камер сгорания дизельного двигателя

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

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.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Виды камер сгорания

на главную 0-100 км/ч 0-100

zero-100.ru

Физика камеры сгорания. Часть 2 — DRIVE2

Как упоминалось выше, в данном рассмотрении физических процессов ДВС камера сгорания — это изменяемая во времени функция, которая существует весь процесс сгорания топливно-воздушной смеси.

Продолжим изучение процессов.

6. Топливовоздушная смесь.

Камера сгорания — это камера, где происходит сгорание — это очевидно. В нашем случае гореть будет топливовоздушная смесь ТВС.

За годы выпуска ДВС и тонны сожжённого топлива инженеры пришли к выводу, что более полно происходит сгорание ТВС в соотношении 14,7:1 (Воздух:топливо) (подробнее: mik-romanchuk.narod.ru/stex/) На самом деле, мне до конца не понятно, почему именно 14,7? На сколько я помню из химии, воздух — это не только кислород, там ещё много всякой всячины, а для горения нам нужен только он. Очевидно, что взяли среднее значение 23,10% содержания в водухе кислорода (см. Вики: ru.wikipedia.org/wiki/%D0…B%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4), а уже из него получилось стехиометрическое соотношение 14,7 к 1. Отсюда, кстати, и беда наших бедных автомобилей современности, которые задыхаются в пробках, засасывая углекислый и угарный газ впереди стоящей машины, которые резко меняют характер поведения при езде по горным дорогам, а уж как должны начинать детонировать на свежем воздухе в окружении зелёных насаждений! Но, последнее время появилось спасение — корректирующий элемент обратной связи ДВС — лямбда-зонд, а порой и не один.

Для того, чтобы не вводить в заблуждение соотношением, ничего не имеющим к горению, пересчитаем это соотношение как 3,4:1 кислородотопливной смеси КТС (топливокислородной не хочу называть, дабы не путать — 3,4 — кислород, 1 — топливо, а не наоборот).

Это соотношение в дальнейшем возьмем за эталонное, т.е. все процессы будем рассматривать с учетом того, что соотношение 3,4:1 соблюдается системой управления ДВС, и как — в данном случае нас не колышет.

7. Компрессия.

Степень сжатия (e) — это соотношение геометрических характеристик (объема), но сжатие газов в ДВС политропно (близко к адиабатическому процессу), и изменение давления происходит не пропорционально изменению объема. Поэтому качественной характеристикой является именно компрессия.
С учетом потерь на различные процессы в ДВС компрессия выражается как произведение начального давления и степени сжатия в степени 1,3 (1,3 — это показатель политропы минус 1):

Pс = Po x e^1.3

Аналогичным образом, кстати, меняется температура:
Tс = To x e^1.3

Не следует путать эту компрессию со значением, проверяемым на СТО:
При измерении компрессии без масла давление меньше, за счет вытекания горючей смеси из цилиндра при сжатии через замки колец и в зазор между кольцами и цилиндром, который имеется в силу конструктивных особенностей (например сетка Хона), что на 4 атмосферы больше чем с маслом (запомните эту цифру). Поэтому обычно говорят, что «компрессия исправного двигателя в 1.2 -1.3 раза больше степени сжатия» (ист.: diagnostika-dv.narod.ru/kompresia.html).

8. Октановое число (ОЧ).

Самое из абстрактных понятий, которое я встречал в теории ДВС — это ОЧ. Все, что нам о нём известно, что оно определяет детонационную стойкость топлива, и что имеется прямая связь между степенью сжатия мотора. Но что же такое детонационная стойкость?

Говоря простым языком, детонационная стойкость — это способность ТВС противостоять самовоспламенению. А, ну тогда всё понятно… На самом деле, никому и ничего не понятно. Как говорится, а сколько это в попугаях?

Что нам нужно от данного параметра? Нам нужно чётко понимать, при каком давлении или же давлении-температуре происходит детонация, а до какого нет. Это очень важно, так как от этого в построении моторов зависит и степень сжатия, и таблица УОЗ. А в нашем случае это нужно для понимания начальных условий К.С.

К сожалению, я не нашел такой информации, поэтому будем собирать истину по кускам. Наиболее популярны в сети графики зависимости ОЧ от степени сжатия, как этот:

Источник: www.aveoclub.ru/forum/index.php?act=Print&client=printer&f=10&t=30866

Кроме этого нашел интересную статью "За рулем" (gaz21.ru/articles/engine/…bor-stepeni-szhatija.html), где приводится нетипичная формула для ОЧ, так как помимо степени сжатия учитывается диаметр поршня:

О.ч. = 78 + 0,25хD — 6000/(e^3)

Т.е. к примеру мотор БМВ М30В34 со степенью сжатия 10 и диаметром поршня 92 должен использовать АИ95, а вот его собрат М30В28 со степенью сжатия 9,3 и диаметром поршня 86 или же М30В34 со степенью сжатия 9 (модели Е34) — уже 92.

Возможно, это действительно имеет смысл, но так как другой формулы у нас нет, будем помнить её.

9. Зажигание.

Зажигание — начало всех начал! Сколько моторов в своей жизни я отстроил, сколько трамблеров покрутил! Сколько трамблеров перебрал! Без зажигания не было бы сгорания в бензиновом двигателе. Плохо отстроенное зажигание — это плохая динамика, нестабильные обороты, большой расход, плохой запуск, работы после выключения зажигания, выстрелы в глушители, плевки в карбюраторы или разрушение элементов двигателя, как прогар поршня, прокладки ГБЦ или клапанов. А сколько насмотрелись профессионалы на СТО! Самым незабываемым знакомством с зажиганием у меня было практически в детстве на ИЖ ЮПИТЕР-3 (Кто в теме, тот поймет мои мученья).

Зажигание имеет два основных параметра: зазор электрода свечи и момент зажигания (УОЗ).

Первый определяется свойствами системы зажигания: напряжением катушки/катушек (правильнее, с точки зрения физики, — напряжением вторичной обмотки трансформатора), контактное или безконтактное и пр. Скажу сразу, что не все свечи, которые из "коробочки" имеют правильный зазор, а это немаловажно, так как именно этот параметр определяет энергию, передаваемую ТВС. Если зазор меньше, то дуга будет меньше необходимого, а значит контакт искры будет с меньшим количеством ТВС, что сделает процесс воспламенения "вялым", если больше — могут возникнуть пропуски зажигания, так как приложенного напряжения будет недостаточно для пробоя среды ТВС под давлением.

Угол опережения зажигания — это безусловный лидер интереса чип-тюнеров, автолюбителей и, конечно же, автопроизводителей. УОЗ определяет, на сколько качественно сгорит смесь, отсюда и динамика и минимальный расход при правильной его настройке. Зачем вообще нужен этот угол? Когда рисуют четыре такта, у многих непросвященных возникает ощущение, что искра воспламеняется в ВМТ конца такта сжатия. Но, к сожалению, ТВС воспламеняется не мгновенно, а по принципу цепной реакции, т.е. та часть, что воспламенилась от искры, увеличивает температуру и давление, что приводит к воспламенению остальной части ТВС. По некоторым данным скорость распространения фронта пламени волны составляет 20-30 м/с. Казалось бы скорость бешеная, ветер такой скорости мы называем штормом! Но на самом деле ДВС на холостом ходу совершает около 15 оборотов в секунду!

Суть правильности УОЗ состоит в том, чтобы волна не создавала сопротивления вращению (т.е. эффект давления на поршень не должен проявляться до ВМТ) и чтобы своевременно создать длительное воздействие на поршень для рабочего хода. Слишком раннее зажигание — сопротивление вращению, слишком позднее — худшее и медленное сгорание смеси, вплоть до горения в выхлопной трубе (выстрелы в глушитель).

Идеально выбранный УОЗ позволяет достигать максимума давления чуть позже ВМТ, что позволяет ещё длительное время сохранять это давление во время расширения камеры сгорания при рабочем ходе. Именно это понимание необходимо иметь, когда говорим об УОЗ. Встречал где-то забавное заявление о неэффективности работы систем зажигания из-за того, что максимальная мощность достигается в ВМТ или около того, хотя стоило бы позже, когда угол шатун-кривошип равен 90 градусам. Оно-то, конечно, стоило бы, но сразу же после прохода ВМТ начинается увеличение объема, что приводит к охлаждению ТВС и снижению давления, так что пик нужно не получить при этом угле, а сохранить максимальное давление на поршень к этому моменту. Я согласен, что Отто поленился в своё время и не довел до ума механизм, и у меня есть свои взгляды на эти вещи, но зажигание именно в этой реализации ДВС может работать так и никак иначе.

К сожалению, нельзя просто привести формулу для определения оптимального УОЗ. Можно строить таблицу для конкретного мотора. Связано это со многими факторами: во-первых, угол на одних и тех же оборотах при разных нагрузках тоже должен быть разный, во-вторых, даже с идеальными каналами ГБЦ, отлично рассчитанной продувкой при перекрытии клапанов закрытый или полуоткрытый дроссель — это источник сопротивления, а значит не все выхлопные газы покидают камеру сгорания, в-третьих, температура, состав смеси, фазы распредвалов — все это нужно учитывать. Возможно, кто-то и отчаивался выдать миру формулу УОЗ, но, к сожалению, я такого не встречал. В дальнейшим я попробую применить математику для вычисления необходимого значения УОЗ, но, боюсь, это будет в рассмотрении конкретного случая с известными параметрами.

Следует заметить, что заводские значения УОЗ обычно приводятся, как средние для серийного производства, поэтому индивидуальная настройка мотора позволяет получить прибавку. Но только индивидуальная, а не чипы по интернету.

www.drive2.ru

Nissan Patrol GR Y61 ۞ (YOZHIK) › Бортжурнал › Разрушители легенд. Смесеобразование и сгорание в дизельном двигателе. Часть №2. Турбулизация.

В первой части мы закончили тем, что из-за врождённых проблем со смесеобразованием литровая МАКСИМАЛЬНАЯ мощность дизеля заметно уступает бензинке. Естественно разработчики не хотели с этим мириться и, пытаясь улучшить смесеобразование, нарожали довольно большое количество разнообразных вариантов типов дизельных двигателей. Не знаю как так получается, но 100 лет назад в гараже на коленке средней руки инженер мог выпилить напильником двигатель с нуля, да не один, а с десяток разных конструкций, проверить мощность, расход, ресурс, тепловыделение… а сегодня целые корпорации выдают за свои чужие идеи столетней давности…
Ну не будем о грустном.

Я не буду делать экскурс в историю и описывать все конструкции дизельных двигателей — их было слишком много.
На сегодняшний день в строю осталась только версия дизеля с объёмным смесеобразованием и с камерой сгорания в поршне. Но даже такой конструкции реализаций слишком много:

Реально же наиболее массово производится вариант б).

Почему же все остальные варианты медленно отмирают?

Потому что конструкция б) обеспечивает МАКСИМАЛЬНУЮ ТУРБУЛИЗАЦИЮ(перемешивание) воздушного заряда при МИНИМУМЕ ЗАТРАТ на этот процесс, обеспечивая в итоге МАКСИМАЛЬНО возможную литровую мощность для дизеля:

Форму камеры сгорания в поршне оптимизируют для формирования МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ тороидального вихря, который образуется в поршне при сжатии воздуха в ходе подъёма поршня в ВМТ. Непосредственно в ВМТ практически ВЕСЬ воздух вращается в камере сгорания:

На подходе к ВМТ и начинается впрыск топлива. Направление воздушного потока противоположно направлению факела топлива — потому скорость топлива относительно воздуха максимальна и топливные капли ускоренно прогреваются и испаряются.

Но тороидальный вихрь гоняет воздух по кругу. Если время впрыска топлива больше времени оборота воздушного вихря — то часть топлива будет впрыскиваться в зону с уже выработанным кислородом, а это очень плохо.

Угол конусности при цилиндрической форме соплового отверстия распылителя составляет 15—20°.
Топливо, впрыснутое в камеру сгорания в виде факелов, распределяется в воздушном заряде неравномерно, так как число факелов, определяемое конструкцией распылителя, ограничено.

Даже если у распылителя 6 отверстий — то 6*20=120градусов.
360-120=240градусов
ДВЕ ТРЕТИ воздуха в камере сгорания располагается вне зоны доступности топливных факелов.
Пусть даже половина. Это очень большой недостаток.
Опять натыкаемся на родовое проклятие дизеля. При наличии В СРЕДНЕМ большого количества избыточного кислорода в камере сгорания — непосредственно в ФАКЕЛЕ сгорающего топлива кислорода катастрофически не хватает.
Разработать эффективный распылитель с сектором равномерного распыла в 360 градусов так и не получилось.
И потому проблему попытались уменьшать следующей хитростью:

Впускной клапан выполнили такой конструкции, что воздух при его прохождении отбрасывается в одну сторону и потому начинает вращаться в цилиндре:

Хотя осевое вращение воздуха в цилиндре замедляется и в процессе наполнения цилиндра и в процессе сжатия — но даже после упихивания всего воздуха в камеру сгорания получившийся тороидальный вихрь вращается и в осевой плоскости тоже. Потому воздух в нём движется по спирали. Потому и топливный факел будет напоминать спираль — впрыск можно продлить в два-три раза прежде чем отработанный воздух одного факела начнёт поступать в зону впрыска соседнего факела:

Полный размер

Правда при такой конструкции впускного клапана заметно снижается наполнение цилиндра. Потому появились варианты закручивания воздуха в цилиндре за счёт формы впускных каналов:

Повышенная турбулентность положительно влияет на процессы сгорания — потому график давления при повышенной турбулентности напоминает график при раннем впрыске:

Посмотреть как осуществляется ОСЕВОЕ завихрение можно в этом ролике после 70-ой секунды:

К сожалению, в этом ролике практически не наблюдается ТОРОИДАЛЬНОГО завихрения. А ведь именно оно и намного сильнее и намного важнее для двигателя, чем осевое. Очередная полуправда-полуложь.
Если мне попадётся видеоролик, показывающий как на самом деле завихряется воздух в цилиндре прямовпрыскового дизеля — обязательно выложу именно его.
.
.
.
.
Ну и напоследок — пара слов про аналогичную систему на нашем любимом ZD30. Чтобы, так сказать, от теории перейти к практике. Кусок из букваря по ZD30DDTI:

Вот читаю я все эти умные современные книжки и не сходится у меня в голове "дебет и кредит".
Либо книжки специально пишут так, "чтоб никто не догадался" как оно на самом деле фунциклирует, либо пишущий сам мало понимает в том, чего он описывает…

На холостом ходу и малых нагрузках цикловая подача топлива настолько мала, что никакие осевые завихрители в дизеле нафиг не нужны — воздуха полно, а топлива впрыскивается мизер — потому всё топливо замечательно сгорит и так.
Единственно что приходит в голову — при перекрытии одного канала в цилиндр будет поступать намного меньший объём свежего воздуха. Если ещё и горячих выхлопных газов на впуск через ЕГР набурындить побольше — то и совсем замечательно будет. Воздух горячий — его плотность мала. Топливо-воздушная смесь загор

www.drive2.ru

Камеры сгорания бензиновых двигателей

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
20614 1

Если камера сгорания занимает объем над всей поверхностью днища поршня, то возникает слишком большая поверхность охлаждения. Поэтому стремятся создать компактную камеру сгорания в зоне свечи зажигания, а над днищем поршня – образовать зазор между ним и поверхностью головки цилиндра (уже упоминавшуюся ранее зону вытеснителя). Этот зазор выполняет две функции – обеспечивает компактность и малую поверхность камеры сгорания, а к концу хода сжатия способствует созданию интенсивного движения (турбулизации) заряда в ней.

Г. Р. Рикардо определил важность турбулизации заряда уже на начальном этапе развития двигателей внутреннего сгорания [2]. Камера сгорания «Рикардо», примененная в двигателях с боковыми клапанами, значительно улучшила их параметры. Компактная, расположенная над клапанами, она имела небольшую поверхность отвода теплоты к охлаждающей жидкости, а турбулентность, создаваемая вытеснителем, ускоряла сгорание. Завихривание горячего газа около стенок камеры сгорания, хотя и увеличивает отдачу теплоты в них, но при этом позволяет повысить степень сжатия, что с избытком компенсирует некоторый рост тепловых потерь в стенки.

В настоящее время двигатели внутреннего сгорания выполняются с клапанами, расположенными в головке цилиндров, и распределительными валами, размещенными в блоке цилиндров (схема OHV) или в его головке (схема OHC). Камера сгорания при этом образована над днищем поршня. Для упрощения механизма газораспределения клапаны чаще всего располагают на продольной оси двигателя и камера сгорания под ними обычно выполнена ваннообразной. Для облегчения доступа к свече зажигания иногда она расположена сбоку камеры сгорания, а на противоположной свече стороне между поршнем головкой блока цилиндров образован вытеснитель. Заряд, вытесняемый из него в конце сжатия, направлен к свече зажигания и обогащает смесь вблизи нее. Такие ваннообразные (плоскоовальные) камеры сгорания с небольшими изменениями применяют практически у всех современных двигателей.

Так называемая клиновая камера сгорания, полученная из плоскоовальной наклоном клапанов для получения лучшей формы газовых каналов, показана на рис. 1. 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.

Рис. 1 Бензиновый двигатель с клиновой камерой сгорания

Широко применявшаяся ранее полусферическая камера сгорания также 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. На рис. 2 приведен пример классического исполнения полусферической камеры сгорания.

Рис. 2 Полусферическая камера сгорания

У современных гоночных автомобилей эта камера сгорания значительно изменена. Для уменьшения сил инерции в клапанном механизме применяют четыре клапана в одном цилиндре, что приводит к образованию камеры сгорания так называемой шатровой формы. В ней можно разместить одну свечу зажигания непосредственно на оси цилиндра. Для получения в таких камерах высоких степеней сжатия днище поршня имеет выпуклую форму, и в нем делаются выемки для клапанов. В связи с этим поршень становится достаточно массивным, что при четырехклапанном варианте вызвало переход к шатровой камере сгорания с малым углом – около 20° между рядами клапанов. Использование такой камеры сгорания обеспечивает большое проходное сечение седел клапанов, малую массу деталей механизма газораспределения, пригодного для высоких частот вращения – до 12000 мин^-1, малую поверхность камеры сгорания без больших выемок под клапаны и малую массу поршня. Если при такой конструкции клапан не закроется, то поршень ударит по нему, но не изогнет и, следовательно, не вызовет серьезного повреждения дорогостоящей головки цилиндра.

Для двигателей гоночных автомобилей важным является быстрый процесс сгорания, также обеспечиваемый сильной турбулизацией заряда. При этом ось вращения заряда должна быть параллельна оси коленчатого вала, а ось впускной трубы – максимально возможно приближена к оси впускного клапана. На рис. 3 изображена подобная камера сгорания.

Рис. 3 Бензиновый двигатель «Феррари» с камерой сгорания шатровой формы и малым углом между клапанами

Если применяется полусферическая камера сгорания в двухклапанном исполнении, то оси клапанов не должны пересекаться с осью цилиндра. Чаще всего клапаны слегка отклонены от оси цилиндра, расположены в сферической части камеры и их углубление в поршень в этом случае невелико. Под выпускным клапаном в днище поршня делается небольшая выемка и зазор между поршнем и головкой обеспечивает завихривание заряда, необходимое для мягкой работы двигателя. Классическая же полусферическая камера сгорания характеризуется жесткой работой двигателя.

Для сжигания сильно обедненных смесей было разработано несколько новых видов камер сгорания. Большей частью они характеризуются стремлением достичь в объеме камеры послойного распределения заряда с образованием вблизи свечи зажигания богатой смеси. Часто эти камеры имеют форму тел вращения и располагаются в днище поршня. Пример подобной камеры приведен на рис. 4. Тангенциальное расположение впускного канала относительно цилиндра обеспечивает вращение заряда вокруг оси цилиндра, усиливающегося еще больше в ВМТ после вытеснения заряда с периферии цилиндра в камеру, диаметр которой меньше диаметра цилиндра. Свеча зажигания располагается в зоне камеры, где смесь обогащена. Головка цилиндра выполнена плоской, и выход потока из клапанной щели не тормозится ни стенкой цилиндра, ни стенкой камеры сгорания. Сразу же после открывания клапана его сечение открыто для прохода газового потока, за исключением зоны вблизи стенки цилиндра, однако это не имеет принципиального значения, так как поворот впускного канала не направлен в эту сторону.

Рис. 4 Бензиновый двигатель с цилиндрической камерой сгорания в днище поршня

Поршень с расположенной в днище камерой сгорания имеет большую массу и его температура выше, чем температура стенки камеры сгорания, размещенной в головке цилиндра. Последнее вызывает ухудшение теплоотдачи от газа к головке цилиндра и уменьшение потерь теплоты в систему охлаждения.

Размер клапана в головке цилиндра обусловлен диаметром цилиндра. Тарелка клапана не должна выступать за окружность цилиндра, так как при этом растет площадь охлаждения и ухудшается очистка цилиндра. Большие размеры клапана, кроме того, непрактичны, так как значительная часть его периметра заслоняется стенкой камеры сгорания.

Увеличения диаметра впускного клапана можно достичь за счет уменьшения диаметра выпускного клапана, который может быть на 15 % меньше, чем впускной. В момент открытия выпускного клапана давление в цилиндре достаточно высокое, и хорошая очистка цилиндра может быть обеспечена и при уменьшенном сечении клапана. Кроме того, у выпускного клапана меньшего размера также меньше и деформация седла, и он быстрее охлаждается.

Клапаны наибольших размеров можно получить в полусферической камере сгорания, у которой диаметр впускного клапана может достичь 0,64, а выпускного – 0,54 диаметра цилиндра. При меньшем развале осей клапанов, а также при наличии седел клапанов у алюминиевых головок диаметры клапанов на 10 % меньше приведенных выше величин.

Последнее обновление 18.02.2012
Опубликовано 19.05.2011

Сноски

↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 118 - 125 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
↺ Если Вы серьёзно интересуетесь двигателестроением, то рекомендуем прочесть книгу Рикардо Г.Р. «Быстроходные двигатели внутреннего сгорания».

Неразделенные и разделенные — Студопедия

Лекция 9

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ

1. Классификация камер сгорания

2. Способы смесеобразования

2.1. Объемный способ смесеобразования

2.2. Пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования

2.3. Сравнительная оценка различных способов смесеобразования

3. Распыление топлива

4. Образование горючей смеси и воспламенение топлива

В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндров. Система смесеобразования обеспечивает:

• распыливание топлива;

• развитие топливного факела;

• прогрев, испарение и перегрев топливных паров;

• смешивание паров с воздухом.

Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. В этом случае время на смесеобразование отводится в 5—10 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе. И по всему объему образуется неоднородная смесь (есть участки очень обедненного состава, а есть участки сильно обогащенного состава). Поэтому горение протекает при больших суммарных значениях коэффициента избытка воздуха (1,4-2,2).

Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от следующих факторов:

• способа смесеобразования;

• формы камеры сгорания;

• размеров камеры сгорания;

• температуры поверхностей камеры сгорания;

• взаимных направлений движения топливных струй и воздушного заряда.

При этом степень их влияния зависит от типа камеры сгорания.

Классификация камер сгорания

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 и разделенные.

На рис. 1 показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

В камерах сгорания, приведенных на рис. 1, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаще всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Рис. 1. 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

Камеры сгорания, показанные на рис. 1, е—з, имеют более развитую теплопередающую 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 рис. 1, 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. 1, м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания (рис. 2) 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.

Рис. 2. Камеры сгорания дизелей разделенного типа:
а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

studopedia.ru

Формы - камера - сгорание

Cтраница 1

Формы камер сгорания этого типа могут быть различными. [1]

От формы камеры сгорания зависит и возникновение детонации, ограничивающей повышение степени сжатия, а следовательно, и повышение мощности и экономичности двигателя при работе его на определенном сорте топлива. Детонационное сгорание, при котором рабочая смесь сгорает со скоростью примерно в сто раз большей, чем скорость нормального сгорания, чаще всего возникает в местах камеры, расположенных на значительном расстоянии от свечи. В этих местах вследствие удлинения пути пламени, дополнительного сжатия и значительного нагрева несгоревшей части смеси сгорание происходит при более высоких температурах и давлениях, что усиливает интенсивность химических реакций и ускоряет возникновение детонации в той части смеси, которая воспламеняется в последнюю очередь. Чтобы не допустить детонационного сгорания части смеси, - сгорающей в последнюю очередь, ее располагают в хорошо охлаждаемой части камеры. [2]

Наконец, формы камеры сгорания и дюз должны быть такими, чтобы возникающая реактивная сила была направлена в нужную сторону. Необходимо, чтобы дюзы свободно пропускали большие массы газа так, чтобы внутри струи не возникало ненужных движений. [3]

В табл. 8 приведены формы камер сгорания карбюраторных и газовых двигателей и их характеристика. У карбюраторных и газовых двигателей клапаны располагаются как в головке ( подвесные), так и в самом блоке цилиндров, в случае смещенной камеры сгорания - Г - образной головке ( фиг. Конструкция головки цилиндров в автотракторных ( быстроходных бескомпрессорных) дизелях тесно связана с принятым принципом смесеобразования и включает в себя все элементы, определяющие его. Главные требования к ней сводятся к обеспечению проникновения распыленного топлива через слой воздуха и равномерного перемешивания с ним. [4]

Конструкция головки блока зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Клиновая форма камеры обеспечивает большую стойкость против детонации. [5]

Конструкция головки цилиндров зависит от формы камеры сгорания, расположения клапанов, свечей или форсунок, впускных и выпускных каналов, наружных трубопроводов и направлеиия потоков охлаждающей жидкости. [6]

Конструкция головки блока зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. [8]

Конструкция головки блока цилиндров зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Форма камеры сгорания оказывает большое влияние на характер протекания рабочего процесса в цилиндре и особенно на процесс сгорания. [10]

Количество и расположение сопловых отверстий выбирается исходя из формы камеры сгорания и способа смесеобразования. [11]

Конструкц

www.ngpedia.ru

Физика камеры сгорания. Часть 4 — DRIVE2

Собственно, настало время изучить сами процессы.

12. Сгорание ТВС.

Литературные источники разбивают процесс сгорания ТВС на три стадии:
Q1 — начальная фаза сгорания,
Q2 — основная фаза сгорания,
Q3 — завершающая стадия сгорания

Рис. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: ф3 — угол опережения зажигания; Q1 — начальная фаза сгорания; Q2 — основная фаза сгорания; Q3 — завершающая фаза сгорания; 1 — начало образования искры; 2 — начало отрыва линии сгорания от линии сжатия; 3 — момент достижения максимального давления в цилиндре.

Вот, как описывается процесс в источнике:

Начальная фаза — Q1 начинается в момент образования искры. Возле электродов свечи зажигания воспламеняется небольшой объем рабочей смеси. Она горит сравнительно медленно. Давление в цилиндре на протяжении этого периода остается практически таким же, как и при выключенном зажигании.

Заканчивается первая фаза тогда, когда сгорает 6…8% общего объема смеси, находящейся в камере сгорания. Температура повышается настолько, что начиная от точки 2 давление резко возрастает, наступает основная фаза быстрого сгорания (участок 2… 3). Скорость распространения пламени в средней части камеры сгорания достигает 60…80 м/с. Вдоль стенок камеры скорость сгорания ниже, а сгорание — неполное. Продолжительность второй фазы для быстроходных двигателей составляет 25…30° угла поворота коленчатого вала. В этой фазе выделяется основная часть тепла.

Третья фаза Q3 — фаза сгорания смеси на периферийных участках камеры в такте расширения. За начало этой фазы принимают точку 3. Давление в цилиндре в этот момент будет максимальным.

От интенсивности тепловыделения в основной фазе зависит скорость нарастания давления по углу поворота коленчатого вала, или, иначе, жесткость работы двигателя. В современных автомобильных двигателях скорость повышения давления колеблется в пределах 0,12…0,25 МПа на 1° угла поворота вала. Чем круче нарастает давление на участке 2.3, тем жестче работает двигатель и тем больше износ кривошипно-шатунного механизма.

Продолжительность первой фазы зависит от ряда факторов.

Чем ближе величина коэффициента избытка воздуха а к оптимальному значению, тем лучше состав смеси и тем короче продолжительность первой фазы. При значительном обеднении смеси воспламенение ее ухудшается и экономичность работы двигателя снижается. Чем мощнее искровой разряд, тем интенсивнее распространение пламени и тем короче первая фаза.

На продолжительность второй фазы сгорания оказывают влияние те же факторы, что и на продолжительность первой фазы. Кроме того, вторая фаза зависит от величины угла опережения зажигания и частоты вращения коленчатого вала.

источник: ustroistvo-avtomobilya.ru…otsess-sgoraniya-topliva/

Вот выдержка из следующего источника:

Процесс сгорания топлива
І. Момент подачи искры – угол задержки зажигания. Период задержки воспламенения 4…6º УПКВ зависит от химического состава топлива и состава ТВС. При увеличении этого времени ухудшается стабильность воспламенения. На этот период влияет состав ТВС, степень сжатия, количество остаточных газов, обороты, нагрузка, энергия искры.
II. Период эффективного горения – 20…30º УПКВ – зависит от состава ТВС, угла опережения зажигания, нагрузки, степени сжатия, формы КС, скорости завихрения потока, степенью нарастания давления. Если Р25º УПКВ, то горение идет медленно.
III. Период догорания – на процесс горения влияют скорость распространения фронта пламени. Она зависит от состава смеси, степени сжатия, угла опережения зажигания, формы камеры сгорания, место расположения свечи, степени завихрения потока. При обогащении смеси скорость фронта пламени падает из-за неполного сгорания, при обеднении скорость падает из-за дополнительных затрат теплоты на нагревание избыточного воздуха.

источник: www.motorhelp.ru/83-teoria-dvs-1.html

В этом же источнике приводятся значения для давления и температуры в цилиндре для рабочих тактов:

И вот третий источник, где указываются средние значения:

Как было показано выше, сгорание топливовоздушной смеси в двигателе происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Для существующих двигателей суммарная продолжительность І-й и ІІ-й фаз горения составляет 0,003 ÷ 0,01 сек, что соответствует повороту коленвала на угол 30÷450.

Скорость сгорания ТВС обычно оценивают по средней скорости распространения пламени по объему камеры сгорания, выраженной в метрах в секунду. Для нормально работающего двигателя величина скорости распространения пламени во второй фазе составляет 20÷30 м/сек. Температура и давление в цилиндре в точке Z (рис. 1-11) достигают максимальной величины, составляя для современных двигателей соответственно 2600÷2800К и 50÷80 кг/см2. Продолжительность сгорания зависит от температуры смеси, степени сжатия, наличия остаточных газов в цилиндре, наличия вихревых движений смеси, частоты вращения коленчатого вала, числа и расположения свечей, формы камеры сгорания и состава смеси.

Чем больше температура смеси перед воспламенением, тем больше скорость ее сгорания.

источник: studopedia.ru/3_196214_skorost-sgoraniya-tvs.html

Вся эта информация нам нужна для понимания процессов. Графики и числа нам помогут оценить качественно и количественно процесс, но так как в нашем поиске речь идет о динамической камере сгорания, для нас это только часть информации. Дело в том, что, говоря о шатунно-поршневом двигателе, нас в первую очередь интересуют законы изменения объема К.С., так только этот параметр напрямую связан с частотой КВ. Также было бы неплохо оценить законы давления (читай как силы) для оценки момента на валу. Кроме того, если мы хотим быть достаточно дотошными, то нам захочется придраться ко всяким "в среднем", "около" и так далее. Почему? Потому что в первую очередь нам непонятно, как ведет себя система при разных количествах ТВС, при разных оборотах КВ. Я не говорю о разных углах при прочих равных условиях и составах ТВС — нет, эти параметры мы считаем идеальными для конкретного условия. Значение же угла опережения зажигания в разных условиях системы являются следствием из описания процессов, к которому мы стремимся.

www.drive2.ru

Камеры сгорания дизельных двигателей — Студопедия

Для хорошего смесеобразования одновременно необходимо правильно сочетать распыливание топлива и движение воздуха в камере сгорания. Это позволит улучшить распределение 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 неразделенными и разделенными камерами сгорания. Неразделенные камеры имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива. Разделенные камеры разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру.

По способу различают объемное, пленочное и комбинированное смесеобразование.

При объемном смесеобразовании топливо распыливается в объеме камеры сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Объемное смесеобразование осуществляется в неразделенных камерах сгорания.

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 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 счет кинетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

На рис. 6.4 показаны камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском, обеспечивающие объемное смесеобразование.

а б

Рис. 6.4. Неразделенные камеры сгорания для объемного смесеобразования:

а – полусферическая, б – тороидальная

Рис. 6.5. Использование завихрителей

Для улучшения смесеобразования здесь предусмотрено вихревое движение воздуха вокруг оси цилиндра за счет завихрителей, установленных во впускном коллекторе (рис. 6.5). Камера сгорания с непосредственным впрыском при пленочном смесеобразовании располагается соосно с цилиндром. Смещенная форсунка направляет струю топлива под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму (рис. 6.6а). Заряд приводится в интенсивное вращательное движение (тангенциальная скорость движения заряда достигает 50–60 м/с), и топливные капли распространяются на стенке камеры сгорания.

а б

Рис. 6.6. Неразделенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования:

а – типа дизелей 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 оседает в виде пленки.

Рис. 6.7. Неразделенные камеры сгорания для комбинированного смесеобразования

Камеры сгорания ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт) относят к комбинированным камерам с объемно-пленочным смесеобразованием. Камера сгорания выполняется в поршне, имеет форму усеченного конуса с основанием меньшего диаметра у входной горловины, диаметр которой составляет 0.35–0.37 диаметра цилиндра, и со скругленными стенками у нижнего основания (рис. 6.7).

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

Основное достоинство камер сгорания с непосредственным впрыском по сравнению с камерами других разновидностей заключается 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 двигателей 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. Поэтому топливо должно очищаться с большой тщательностью. Незначительные отклонения в качестве топлива от нормы ухудшают работу двигателя.

Предкамеры. Предкамерные дизельные двигатели имеют камеру сгорания, разделенную на две части (рис. 6.8). Основная камера размещается непосредственно над поршнем. Ее объем составляет 0.75–0.60отвсего объема камеры сгорания. Предкамера выполняется в головке цилиндра. Она занимает по объему 0.25–0.40 всего объема камеры. Предкамера соединяется с основной камерой одним или несколькими каналами.

Рис. 6.8. Предкамера

Смесеобразование у предкамерного двигателя протекает в такой последовательности. При сжатии часть сжатого воздуха поступает из цилиндра в предкамеру. В конце такта сжатия в предкамеру через форсунку впрыскивается топливо под давлением 8–12.5 МПа. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха предкамеры, самовоспламеняется.

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 счет 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 двигателей обычно выполняется с одним отверстием.

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

Рис. 6.9. Вихревая камера

В период сжатия воздух вытесняется из основной камеры в вихревую. Взаиморасположение камер способствует смесеобразованию. Топливо впрыскивается форсункой в вихревую камеру. Здесь струя топлива увлекается воздушным потоком, интенсивно перемешивается с ним, самовоспламеняется и частично сгорает.

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 двигателей применяются обычно с одним отверстием. Давление начала подачи составляет 8–10 МПа.

В дизельных двигателях с разделенными 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 всех дизелей.

Основные недостатки раздельных камер сгорания:

низкие пусковые свойства в связи с интенсивным отводом тепла;
высокий удельный расход топлива, большие потери тепла и значительные затраты энергии на перетекание газов из одной полости камеры сгорания в другую;
сложная конструкция камеры сгорания и повышенные тепловые напряжения отдельных деталей.

studopedia.ru

Формы камер сгорания

Виды камер сгорания

Камера сгорания — Википедия

Типичная схема[править | править код]

Стехиометрическая камера[править | править код]

Форсажная камера[править | править код]

Классификация камер сгорания дизельного двигателя

Неразделенные камеры сгорания

Разделенные камеры сгорания

Виды камер сгорания

Физика камеры сгорания. Часть 2 — DRIVE2

Nissan Patrol GR Y61 ۞ (YOZHIK) › Бортжурнал › Разрушители легенд. Смесеобразование и сгорание в дизельном двигателе. Часть №2. Турбулизация.

Камеры сгорания бензиновых двигателей

Читайте также

Сноски

Комментарии

Неразделенные и разделенные — Студопедия

Формы - камера - сгорание

Формы - камера - сгорание

Физика камеры сгорания. Часть 4 — DRIVE2

Камеры сгорания дизельных двигателей — Студопедия

Смотрите также